Dissertações/Teses

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2025
Dissertações
1
  • Karine Fortunato Silva Barbosa
  • TRIBOLOGIA DOS FLUIDOS MAGNETO-REOLÓGICOS VISCOPLÁSTICOS: O PAPEL DA GRAXA NO ATRITO E DESGASTE DE ENSAIOS “4-BALL

  • Orientador : ANTONIO JOSE FARIA BOMBARD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO JOSE FARIA BOMBARD
  • MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • ROSSANO GIMENES
  • TIAGO COUSSEAU
  • Data: 03/03/2025

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  • A presente dissertação investigou a tribologia dos fluidos magneto-reológicos viscoplásticos, com ênfase no uso de graxas como aditivos estabilizantes para minimizar o atrito e o desgaste. Fluidos magneto-reológicos podem alterar reversivelmente sua viscosidade sob a influência de um campo magnético, apresentando vantagens para dispositivos que demandam controle de movimento e amortecimento. No entanto, a sedimentação das partículas representa um desafio, afetando a eficiência e a estabilidade dos fluidos ao longo do tempo. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver formulações de fluidos magneto-reológicos estabilizados com graxas e avaliar seu comportamento tribológico em ensaios de desgaste e atrito com geometria de 4 esferas (4-Ball). Seis diferentes formulações, incluindo lubrificantes puros e com aditivos, foram analisadas para determinar o melhor coeficiente de atrito, resistência ao desgaste e estabilidade sob variadas condições de carga e temperatura. Os ensaios reológicos e tribológicos foram realizados conforme as normas DIN 51810-1/51810-2 e ASTM D-2266/D- 4172, utilizando um reômetro MCR-301 e um tribômetro TE92-HS, ambos equipados com campo magnético. A caracterização foi feita por meio de análises de microscopia óptica, confocal e eletrônica de varredura, para avaliar o desgaste e a rugosidade das superfícies. Os resultados indicaram variações significativas entre as formulações testadas. A formulação WG apresentou maior resistência e elasticidade, com os melhores valores para tensão de escoamento e módulo elástico. Nos ensaios tribológicos, a formulação NP obteve o melhor coeficiente de atrito, com adição de pó de ferro e sem campo magnético, apresentando maior estabilidade com menor desvio padrão. A microscopia óptica e confocal indicaram menor desgaste superficial para a formulação NP pura e com pó de ferro sob campo magnético, apesar de valores de rugosidade elevados na presença de campo magnético. A análise de microscopia eletrônica de varredura mostrou que a formulação NP pura e com pó de ferro sem campo apresentou menor diâmetro de desgaste, e com pó de ferro e campo aplicado, sugerindo a formação de uma camada protetora eficaz contra o desgaste. Os resultados obtidos contribuem para o entendimento do comportamento tribológico desses fluidos, apontando possibilidades de aprimoramento na estabilidade e eficiência para aplicações industriais que demandam controle de movimento e resistência ao desgaste.


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  • This dissertation investigates the tribology of viscoplastic magnetorheological fluids, with an emphasis on the use of grease as stabilizing additives to minimize friction and wear. Magnetorheological fluids can reversibly alter their viscosity under the influence of a magnetic field, offering advantages for devices requiring motion control and damping. However, particle sedimentation presents a challenge, affecting the efficiency and stability of these fluids over time. The objective of this research was to develop formulations of magnetorheological fluids stabilized with grease and evaluate their tribological behavior in wear and friction tests using a 4-ball geometry. Six different formulations, including pure lubricants and those with additives, were analyzed to determine the best friction coefficient, wear resistance, and stability under various load and temperature conditions. Rheological and tribological tests were conducted according to DIN 51810-1/51810-2 and ASTM D-2266/D- 4172 standards, using an MCR-301 rheometer and a TE92-HS tribometer, both equipped with a magnetic field. Characterization was carried out through optical, confocal, and scanning electron microscopy analyses to evaluate surface wear and roughness. Results indicated significant variations among the tested formulations. The WG formulation showed greater strength and elasticity, with the best values for yield stress and elastic modulus. In tribological tests, the NP formulation achieved the best friction coefficient with the addition of iron powder and without a magnetic field, exhibiting higher stability with a lower standard deviation. Optical and confocal microscopy indicated reduced surface wear for the NP formulation, both pure and with iron powder under a magnetic field, despite higher roughness values in the presence of a magnetic field. Scanning electron microscopy analysis showed that the pure NP formulation and the NP with iron powder without a magnetic field exhibited the smallest wear diameters, and with iron powder and an applied field, suggesting the formation of an effective protective layer against wear. The results contribute to understanding the tribological behavior of these fluids, indicating possibilities for improvement in stability and efficiency for industrial applications that require motion control and wear resistance.

2024
Dissertações
1
  • MAYSA CANDIDO MARQUES
  • Desenvolvimento de um nanocompósito de cobre - óxido de cobre(I) intercalado entre folhas de óxido de grafeno

  • Orientador : MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX DA SILVA SIRQUEIRA
  • ADHIMAR FLAVIO OLIVEIRA
  • ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • Data: 15/02/2024

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  • A utilização de rotas alternativas na obtenção de derivados funcionais do grafeno se faz necessária visto que os métodos tradicionais, como Brodie, Staudenmaier e Hummers, utilizam de agentes oxidantes extremamente fortes. Neste estudo, um nanocompósito, utilizando óxido de grafeno (OG), cobre metálico (Cu0) e óxido de cobre (I) (Cu2O) foi desenvolvido por meio de síntese eletroquímica. Inicialmente, o OG foi preparado por esfoliação eletroquímica do grafite (Gr) em uma solução eletrolítica contendo 40 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,5 M, variando a tensão de +3 V a +7 V durante 20 minutos. Em seguida, o nanocompósito OG/Cu-Cu2O foi preparado em três proporções diferentes por eletrossíntese, mantendo-se a corrente constante em 50 mA durante uma hora, utilizando o método galvanostático. Durante a eletrossíntese, íons cúpricos (Cu2+) foram reduzidos a nanopartículas (NPs) de cobre e óxido de cobre (I) (NPsCu-Cu2O), estabilizadas em uma dispersão aquosa de OG. As NPs, o OG e os nanocompósitos (NCs) foram caracterizados por diversas técnicas, incluindo espectroscopia UV-vis, FTIR, Espectroscopia Raman, TGA, DRX e MEV. Os resultados confirmaram que o OG é obtido com rendimento de 72 % e bom nível de oxidação, porém o TGA revelou impurezas no material final. Os NCs foram obtidos com êxito e, o DRX mostrou que um baixo o teor de OG dificulta a oxidação do Cu0.


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  • Using alternative routes to obtain functional graphene derivatives is imperative, as traditional methods such as Brodie, Staudenmaier, and Hummers employ highly potent oxidizing agents. In this study, a nanocomposite comprising graphene oxide (GO), metallic copper (Cu0), and copper (I) oxide (Cu2O) was developed through electrochemical synthesis. Initially, GO was prepared via electrochemical exfoliation of graphite (Gr) in a 0.5 M sulfuric acid (H2SO4) electrolyte solution, with the voltage ranging from +3 V to +7 V over 20 minutes. Subsequently, the GO/Cu-Cu2O nanocomposite was synthesized in three different ratios via electrosynthesis, maintaining a constant current of 50 mA for one hour using the galvanostatic method. During electrosynthesis, cupric ions (Cu2+) were reduced to copper and copper (I) oxide (Cu-Cu2O) nanoparticles (NPs), stabilized in an aqueous dispersion of GO. The NPs, GO, and nanocomposites (NCs) underwent characterization using various techniques, including UV-vis spectroscopy, FTIR, Raman spectroscopy, TGA, XRD, and SEM. The results confirmed a 72% yield of GO with a good oxidation level, although TGA revealed impurities in the final material. The successful synthesis of NCs was achieved, and XRD analysis indicated that a low GO content hinders the oxidation of Cu0.

2
  • JÚLIO GABRIEL DE FALCO MANUEL
  • Estudo Computacional de Modelos de Leis de Potência e Weibull Aplicados a Fluidos Magneto-Reológicos

  • Orientador : ANTONIO JOSE FARIA BOMBARD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO JOSE FARIA BOMBARD
  • ERIC R WEEKS
  • JUAN DE VICENTE ÁLVAREZ-MANZANEDA
  • LUIS FERNANDO DE OSORIO MELLO
  • PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • Data: 07/06/2024

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  • Fluidos magneto-reológicos (MRFs) são materiais inteligentes de interesse crescente na pesquisa e na indústria devido à sua versatilidade em sistemas mecânicos e mecatrônicos. Como principais características reológicas, os MRFs devem apresentar baixa viscosidade na ausência de campo magnético (0,1 - 1,0 Pa.s) e alta tensão de escoamento (50 - 100 kPa) quando magnetizados, a fim de otimizar o efeito magneto-reológico, que é responsável por suas principais propriedades. Tais propriedades, por sua vez, são diretamente influenciadas pela composição, fração volumétrica (concentração), tamanho e distribuição de tamanho (polidispersidade) das partículas suspensas, sendo esta última um dos fatores mais importantes na melhoria de sua principais características Como é bem conhecido na literatura, o alargamento da distribuição de tamanhos da fase sólida aumenta a fração de empacotamento máxima e reduz a viscosidade das suspensões concentradas. Desta forma, ajustando-se cuidadosamente a polidispersidade, é possível aumentar o efeito magneto-reológico de MRFs concentrados. Entretanto, até hoje não existe nenhum modelo analítico conhecido para calcular a chamada fração de empacotamento máxima de materiais particulados, e muitas vezes é necessário utilizar uma abordagem numérica para estimá-la. Neste contexto, muitas funções podem ser utilizadas para se obter aproximações, e este trabalho tem como objetivo estudar via simulações computacionais três modelos comuns da ciência e da engenharia: a distribuição de Andreasen-Andersen, a distribuição de Dinger-Funk (Andreasen-Andersen modificada) e a distribuição de Weibull. Simulações em 1D e 3D foram realizadas para calcular as frações de empacotamento máxima e, em seguida, estes dados foram discutidos e comparados. Os resultados da simulação mostram que quando o módulo da distribuição de Dinger-Funk é 𝑞 ≈ 0,5, existe uma fração de empacotamento máxima que deve diminuir significativamente a viscosidade relativa. Além disso, os resultados mostram que ampliando-se a distribuição de tamanhos é possível obter uma polidispersidade ainda maior da fase sólida. Estes dados sugerem, portanto, que pode ser possível otimizar a viscosidade dos MRFs ajustando cuidadosamente a distribuição de tamanhos, abrindo caminho para a preparação de MRF com um efeito magneto-reológico ainda mais forte.


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  • Magnetorheological fluids (MRFs) are smart materials of increasing interest in research and industry due to their versatility in mechanical and mechatronic systems. As main rheological features, MRFs must present low viscosity in the absence of a magnetic field (0.1 - 1.0 Pa.s) and high yield stress (50 - 100 kPa) when magnetized in order to optimize the magnetorheological effect, which is responsible for its most important properties. These properties, in turn, are directly influenced by the composition, volume fraction (concentration), size, and size distribution (polydispersity) of the suspended particles, the latter being one of the most important factors in improving their quality. As is well known in the literature, widening the size distribution of the solid phase increases the maximum packing fraction and reduces the viscosity of concentrated suspensions. Therefore, by carefully adjusting the polydispersity, it is possible to increase the magnetorheological effect of concentrated MRFs. However, there is no known analytical model to calculate the so-called packing efficiency of particulate materials, and a numerical approach is often necessary. In this context, many functions can be used in these approximations, and this work aims to study via simulations three common models from science and engineering: the Andreasen-Andersen distribution, the Dinger-Funk distribution (modified Andreasen-Andersen), and the Weibull distribution. Simulations in 1D and 3D were carried out to compute the packing fractions, and their data were compared. The simulation results show that when the distribution modulus of the Dinger-Funk distribution is 𝑞≈0.5, there is a maximum packing fraction that should lower the relative viscosity. Also, the results show that by widening the particle size distribution, it is possible to get an even greater polydispersity of the solid phase. These data suggest that it may be possible to optimize the viscosity of MRFs by carefully adjusting the size distribution, paving the way for preparing MRFs with a stronger magnetorheological effect.

3
  • LEONARDO ALMEIDA FREIRE
  • Propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 produzidas por diferentes rotas de síntese em atmosferas oxidante e redutora

  • Orientador : MARIA VIRGINIA GELFUSO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JULIANA MARIA ABREU DA SILVA MORBEC
  • MARIA VIRGINIA GELFUSO
  • SYLMA CARVALHO MAESTRELLI
  • Data: 12/07/2024

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  • Na busca por energia limpa e sustentável, materiais termoelétricos vêm sendo estudados e
    aprimorados, sendo a manganita de cálcio, CaMnO3 (CMO), um dos materiais mais
    proeminentes. Neste contexto, foi realizado o estudo sobre a produção de cerâmicas de CaMnO3
    em diferentes atmosferas com o intuito de otimizar suas propriedades termoelétricas. Pós de
    CMO foram sintetizados por meio da reação em estado sólido (RES) e da rota química, método
    de Pechini modificado (QUI). Atmosferas redutoras e oxidantes (ar, O2 ou 10 % H2/N2) foram
    usadas durante as etapas de preparação das amostras, calcinação e sinterização. Investigou-se a
    influência da rota de síntese, modificando os tempos de calcinação e sinterização (3, 6, 12 e 24
    h), avaliando suas influências nas fases formadas, bem como nas propriedades das cerâmicas
    produzidas. A partir da análise térmica diferencial, realizada em diferentes atmosferas, a
    temperatura de 800 ºC foi identificada como a de cristalização da fase CMO, porém resultou
    em excessivas fases secundárias indesejáveis. Por isso, lotes de pós foram calcinados a 1000 ºC
    durante 3 ou 24 h, nas diferentes atmosferas. Microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS)
    foi utilizada para a avaliação da morfologia, da microanálise química e da granulometria das
    partículas obtidas nas sínteses RES e QUI. Análises de Difração de Raios X (DRX), associadas
    ao refinamento de Rietveld, foram empregadas para quantificar as fases formadas. Medições de
    coeficiente Seebeck e condutividades térmica e elétrica, em função da temperatura, foram
    realizadas para se caracterizar as propriedades termoelétricas e calcular os valores de Figura de
    Mérito (zT), obtidos para cada condição estudada. Observou-se pouca variação entre as fases e
    respectivas quantidades geradas, sob as atmosferas de O2 e ar, porém, o uso da atmosfera de
    H2/N2, na sinterização, resultou em completa redução do CMO, não formando, portanto, a fase
    de interesse. A calcinação a 1000 ºC (ao ar ou O2) favoreceu a formação da fase CMO,
    especialmente para os pós RES, que apresentaram frações mássicas da fase de interesse entre
    78 % e 100 %, enquanto para os pós QUI, a fração de CMO formada variou entre 60 % e 70 %.
    Os pós calcinados a 1000 °C foram relevantes na formação da microestrutura das cerâmicas
    sinterizadas, pois as quantidades da fase CMO nos pós interferiram no processo de densificação
    e de crescimento de grãos, enquanto o uso dos pós calcinados a 800 ºC gerou cerâmicas com as
    menores densidades relativas (64,1%). As cerâmicas sinterizadas em H2/N2 se mostraram
    eletricamente muito resistivas, já as cerâmicas sinterizadas em oxigênio apresentaram os
    maiores valores de condutividade elétrica (4117 S/m), e maiores zT’s (0,08) dentre as amostras
    produzidas. As cerâmicas de CMO, obtidas pela rota QUI, apresentaram baixíssima
    condutividade elétrica em relação às produzidas por RES, e, portanto, obtiveram os menores
    zT’s, ainda que tenham apresentado os desejáveis e baixos valores de condutividade térmica
    (1,42 W/mK) comparativamente aos valores de obtidos para as cerâmicas de CMO RES (4,02
    W/mK).


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  • In the pursuit of clean and sustainable energy, In the quest for clean and sustainable energy,
    thermoelectric materials have been extensively studied and improved, with calcium manganite,
    CaMnO3 (CMO), being one of the most relevant materials. In this context, a study was
    conducted on the production of CaMnO3 ceramics in different atmospheres to optimize their
    thermoelectric properties. CMO powders were synthesized using solid-state reaction (SSR) and
    the modified Pechini chemical method (QUI). Reducing and oxidizing atmospheres (air, O2, or
    10% H2/N2) were used during the sample preparation stages, calcination, and sintering. The
    influence of the synthesis route was investigated by modifying the calcination and sintering
    times (3, 6, 12, and 24 hours), evaluating their effects on the formed phases as well as the
    properties of the produced ceramics. Differential thermal analysis conducted in different
    atmospheres identified 800 ºC as the crystallization temperature of the CMO phase, but it
    resulted in excessive undesirable secondary phases. Therefore, batches of powders were
    calcined at 1000 ºC for 3 or 24 hours in different atmospheres. Scanning electron microscopy
    (SEM/EDS) observations were carried out to evaluate the morphology, chemical microanalysis,
    and particle size distribution of the particles obtained in SSR and QUI syntheses. X-ray
    diffraction (XRD) analysis, coupled with Rietveld refinement, was used to quantify the formed
    phases. Measurements of the Seebeck coefficient and thermal and electrical conductivities as a
    function of temperature were performed to characterize the thermoelectric properties and
    calculate the Figure of Merit (zT) values for each studied condition. Little variation was
    observed between the phases and their respective amounts under O2 and air atmospheres;
    however, using the H2/N2 atmosphere during sintering resulted in the complete reduction of
    CMO, thus not forming the desired phase. Calcination at 1000 ºC (in air or O2) favored the
    formation of the CMO phase, especially for SSR powders, which presented mass fractions of
    the desired phase between 78% and 100%, while for QUI powders, the CMO phase fraction
    ranged between 60% and 70%. The powders calcined at 1000 ºC were relevant in forming the
    microstructure of the sintered ceramics, as the quantities of the CMO phase in the powders
    influenced the densification and grain growth processes, whereas using powders calcined at
    800 ºC resulted in ceramics with the lowest relative densities (64.1%). Ceramics sintered in
    H2/N2 were found to be highly electrically resistive, whereas ceramics sintered in oxygen
    exhibited the highest electrical conductivity values (4117 S/m) and the highest zT values (0.08)
    among the produced samples. CMO ceramics obtained by the QUI route presented very low
    electrical conductivity compared to those produced by SSR, and therefore, achieved the lowest
    zT values, even though they exhibited the desirable low thermal conductivity values
    (1.42 W/mK) compared to those obtained for SSR CMO ceramics (4.02 W/mK).

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  • HELEN VANESSA FERREIRA CAMPOS
  • ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE POLÍMEROS SUPERABSORVENTES E SUBSTITUIÇÃO DE AGREGADO CONVENCIONAL POR RESÍDUOS DE MADEIRA EM ARGAMASSAS.

  • Orientador : MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO MARMORATO GOMES
  • MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • VALQUIRIA CLARET DOS SANTOS
  • VANDER ALKMIN DOS SANTOS RIBEIRO
  • Data: 20/08/2024

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  • Este estudo tem como objetivo investigar a substituição parcial da areia por resíduos de madeira (RDM) em compósitos à base de cimento, buscando mitigar o impacto ambiental decorrente da extração de areia, um recurso não renovável. A introdução aborda a importância da areia nos compósitos cimentícios e os benefícios potenciais da utilização de RDM, como a leveza e as propriedades termoacústicas aprimoradas. No entanto, também se observa uma diminuição na resistência à compressão e na qualidade da mistura devido à maior absorção de água pelos resíduos. Para abordar essas questões, a metodologia incluiu uma análise bibliométrica nas bases de dados Scopus e Web of Science, visando identificar estudos relevantes para futuras pesquisas. Com base nessa revisão, foram formuladas e avaliadas nove formulações de argamassas, que passaram por ensaios de caracterização física e avaliação de desempenho nos estados fresco e endurecido. Os resultados indicam que a incorporação de SAP e RDM impactou as propriedades das argamassas. Notou-se uma redução na massa específica com o aumento da adição e/ou substituição. No estado endurecido, todas as misturas apresentaram diminuição na resistência à compressão, com a adição exclusiva de SAP resultando em menores perdas em comparação às misturas com RDM. As misturas que incluíram resíduos de madeira mostraram maior variação na resistência, sugerindo menor homogeneidade, a qual foi melhorada com a inclusão de SAP. A substituição de areia por RDM não comprometeu significativamente a resistência à tração; no entanto, a combinação de RDM e SAP resultou em decréscimos nessas propriedades. Em conclusão, a pesquisa demonstra que a adição de SAP pode mitigar algumas das desvantagens associadas ao uso de RDM em argamassas, contribuindo para o desenvolvimento de materiais de construção mais sustentáveis e eficientes.


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  • This study aims to investigate the partial replacement of sand with wood residues (RDM) in cement-based composites, seeking to mitigate the environmental impact resulting from the extraction of sand, a non-renewable resource. The introduction addresses the importance of sand in cementitious composites and the potential benefits of using RDM, such as improved lightness and thermoacoustic properties. However, a decrease in compressive strength and mix quality is also observed due to the increased water absorption by the residues. To address these issues, the methodology included a bibliometric analysis in the Scopus and Web of Science databases, aiming to identify relevant studies for future research. Based on this review, nine formulations of mortars were developed and evaluated, undergoing physical characterization tests and performance assessment in both fresh and hardened states. The results indicate that the incorporation of SAP and RDM impacted the properties of the mortars. A reduction in specific mass was noted with increasing addition and/or replacement. In the hardened state, all mixtures exhibited a decrease in compressive strength, with the exclusive addition of SAP resulting in lower losses compared to mixtures with RDM. Mixtures containing wood residues showed greater variation in strength, suggesting lower homogeneity, which was improved with the inclusion of SAP. The replacement of sand with RDM did not significantly compromise tensile strength; however, the combination of RDM and SAP resulted in decreases in these properties. In conclusion, the research demonstrates that the addition of SAP can mitigate some of the disadvantages associated with the use of RDM in mortars, contributing to the development of more sustainable and efficient building materials.

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  • CINTHIA DE SOUZA
  • ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DO USO DE LODO NEUTRO COMO PRODUTO ALTERNATIVO À BASE DE GESSO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

  • Orientador : FABRÍCIO VIEIRA DE ANDRADE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDO GIUNTINI DE MAGALHÃES
  • ANTONIO JOSE FARIA BOMBARD
  • CARLOS AUGUSTO DE SOUZA OLIVEIRA
  • FABRÍCIO VIEIRA DE ANDRADE
  • Data: 21/08/2024

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  • Os materiais principais utilizados neste trabalho foram o lodo neutro produzido pela empresa Nexa em uma de suas plantas em Cajamaquila, no Peru e o gesso comercial. Foram avaliadas as viabilidades técnica e econômica de reaproveitar o lodo neutro na forma de blend (mistura de lodo neutro e gesso comercial) como revestimento para construção civil. De acordo com a Nexa (2022), lodo neutro refere se a um tipo de resíduo gerado em processos de tratamento de águas residuais, sendo um produto proveniente do processo de purificação biológica e físico-química, onde é eliminada a maior parte dos contaminantes presentes nas águas residuais. Os estudos desenvolvidos com esse material consistiram em avaliar as propriedades físicas-químicas e mecânicas de misturas de lodo e do gesso comercial, com porcentagens em massa de lodo em relação ao gesso comercial (material de controle) puro que variaram 10%, 20%, 30%, 40% e 50%. As amostras foram caracterizadas na forma de pó através de análises térmicas, mineralógicas e granulométricas. No estado fresco as amostras passaram por análise do tempo de pega. Já no estado endurecido foram avaliadas as resistências a compressão e a tração. Para realização da análise de viabilidade econômica foi contratada consultoria da empresa FEA Junior da USP - SP, que através de especialistas realizou o estudo de mercado do gesso, considerando o mercado peruano. Os resultados sugerem que todos os traços ficaram dentro da Norma Americana C28/C28M para resistência a compressão, e dentro da NBR 13528-2 e da Norma Europeia EN 13279-1 para resistência a aderência por tração. Apesar do traço de 30% sem aditivo ter atendido a estas normas, houve dificuldades durante os testes devido ao reduzido tempo de pega. Na aplicação do blend na parede, de acordo com as considerações do aplicador contratado para fazer o serviço, a porcentagem de 20% sem aditivo apresentou facilidade de aplicação, porém secou rápido, esta secagem rápida de acordo com profissional é uma vantagem em relação ao gesso comercial. Com porcentagem de 50% com aditivo Blok Gesso, o aplicador relatou a ocorrência da secagem acelerada, mas afirmou que esta característica facilitou o acabamento em relação ao gesso comercial. Diante dos resultados, foi possível concluir que tecnicamente é viável o uso do blend de lodo neutro e gesso comercial com revestimento de paredes na construção civil, podendo se utilizar a porcentagem de 20% sem aditivo e porcentagens de 30% a 50% com aditivo, porém, para o uso em grandes escalas, principalmente para os traços com maiores percentuais de lodo neutro (40% e 50%), é possível que seja necessário ajustar a quantidade do aditivo para a obtenção de melhor tempo de pega. Já de acordo com a análise de viabilidade econômica realizada pela FEA Junior da USP - SP, observou-se que a construção civil é um mercado promissor para direcionar a produção do blend, trazendo como parâmetro principalmente a correlação entre os dois mercados e o indicativo que a demanda por gesso na construção civil se sobrepõe à soma dos demais mercados que utilizam gesso para outros fins, porém de acordo com os estudos, a aplicação do blend como produto alternativo do gesso não deve limitar apenas ao revestimento para paredes, deve - se considerar também as hipóteses de aplicação na produção de Drywall e na indústria de cimento, assim seria agregado valor ao produto produzido.


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  • The main materials used in this work were neutral sludge produced by the company Nexa in one of its plants in Cajamaquilla, Peru and commercial gypsum. The technical and economic feasibility of reusing neutral sludge in the form of a blend (mixture of neutral sludge and commercial plaster) as a coating for civil construction was evaluated. According to Nexa (2022), neutral sludge refers to a type of waste generated in wastewater treatment processes, being a product originating from the biological and physical-chemical purification process, where most contaminants are eliminated. present in wastewater. The studies carried out with this material consisted of evaluating the physical-chemical and mechanical properties of mixtures of sludge and commercial gypsum, with percentages by weight of sludge in relation to pure commercial gypsum (control material) that varied between 10%, 20%, 30%, 40% and 50%. The samples were characterized in powder form through thermal, mineralogical and granulometric analyses. In the fresh state, the samples underwent setting time analysis. In the hardened state, the compressive and tensile strengths were evaluated. To carry out the economic viability analysis, consultancy was hired from the company FEA Junior from USP - SP, which through specialists carried out the gypsum market study, considering the Peruvian market. The results suggest that all traits were within the American Standard C28/C28M for compressive strength, and within NBR 13528-2 and the European Standard EN 13279-1 for tensile adhesion strength. Although the 30% mix without additive met these standards, there were difficulties during testing due to the reduced setting time. When applying the blend to the wall, according to the considerations of the applicator hired to do the service, the 20% percentage without additive was easy to apply, but it dried quickly, this quick drying according to a professional is an advantage in relation to plaster commercial. With a percentage of 50% with Blok Gesso additive, the applicator reported the occurrence of accelerated drying, but stated that this characteristic made the finish easier compared to commercial plaster. Given the results, it was possible to conclude that it is technically viable to use a blend of neutral sludge and commercial plaster as wall coverings in civil construction, with a percentage of 20% without additive and percentages of 30% to 50% with an additive being able to be used. However, for use on large scales, especially for mixes with higher percentages of neutral sludge (40% and 50%), it may be necessary to adjust the amount of additive to obtain better setting times. According to the economic viability analysis carried out by FEA Junior at USP - SP, it was observed that civil construction is a promising market to direct the production of the blend, using as a parameter mainly the correlation between the two markets and the indication that the demand for plaster in civil construction overlaps with the sum of other markets that use plaster for other purposes, however, according to studies, the application of the blend as an alternative product to plaster should not be limited to wall coverings, it should be considered also the hypotheses of application in the production of Drywall and in the cement industry, thus adding value to the product produced.

Teses
1
  • LIVIA CECILIA DOS PASSOS ARAUJO
  • TECNOLOGIA VERDE PARA ESTABILIZAÇÃO TERMO-OXIDATIVA DE ISOLADORES DE SILICONE

  • Orientador : MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADHIMAR FLAVIO OLIVEIRA
  • ALEX DA SILVA SIRQUEIRA
  • ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • GEISE RIBEIRO
  • MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • PAULO JANSEN DE OLIVEIRA FIGUEIREDO
  • Data: 01/03/2024

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  • A borracha de silicone (SIR) é utilizada na fabricação de isoladores para transmissão de energia elétrica. A adição de alguns aditivos pode, de uma maneira eficiente, melhorar a resistência à degradação térmica da SIR. Neste trabalho foi desenvolvido e estudado um aditivo baseado no complexo Zn(II)-Curcumina como estabilizante térmico da borracha de silicone. O complexo Zn(II)-Curcumina foi sintetizado a partir da reação de curcumina com sulfato de zinco (ZnSO4.7H20), numa razão molar de 1:1 em solução de metanol, mantida em refluxo por 2 horas. O complexo metálico foi incorporado na borracha de silicone nas composições de 2%, 4%, 6%, 8% e 10% em peso. As análises espectroscópicas confirmaram a síntese do complexo Zn(II)-Curcumina. O UV-Vis mostrou transições eletrônicas ππ* e nπ* em 435 nm e 450 nm, respectivamente. A espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) mostrou o desaparecimento das bandas dos grupos (C=O) em 1743 cm-1 e C(O)-C em 1367 cm-1, no complexo Zn(II)-Curcumina. A difração de raio X (DRX) mostrou que tanto a curcumina quanto o complexo são materiais cristalinos e permitiu estimar o tamanho médio dos cristais através da Equação de Debye-Scherrer’s. A análise de Microscopia Eletrônica de Varredura com Energia Dispersiva (MEV-EDS), mostrou uma morfologia diferente no complexo metálico (agregados irregulares e elevada porosidade). As composições de borracha de silicone contendo o complexo metálico (Zn(II)-Curcumina/SIR) foram caracterizadas pelo teor de gel, ângulo de contato, FTIR, MEV-EDS, análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tempo de oxidação indutivo (OIT). O teor gel das composições Zn(II)-Curcumina/SIR mostrou que a adição do complexo não muda significativamente o grau de reticulação da borracha. Se observou um aumento do grau de hidrofobicidade com a incorporação do complexo metálico na matriz da borracha. O FTIR confirmou a incorporação do complexo Zn(II)-Curcumina na borracha. A análise de TGA mostrou que a incorporação do complexo metálico não muda o perfil de degradação da SIR, observando-se um significativo aumento na estabilidade térmica da SIR para composições do complexo metálico acima de 8% em peso. O estudo dinâmico da reação de cura por DSC mostrou que a incorporação do complexo Zn(II)-Curcumina não afeta a reação de cura.


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  • Silicone rubber (SIR) is used in the manufacture of insulators for transmitting electrical energy. The addition of some additives can efficiently improve the resistance to thermal degradation of SIR. In this work, an additive based on the Zn(II)-Curcumin complex was developed and studied as a thermal stabilizer of silicone rubber. The Zn(II)-Curcumin complex was synthesized from the reaction of curcumin with zinc sulfate (ZnSO4.7H20), in a molar ratio of 1:1 in methanol solution, kept at reflux for 2 hours. The metal complex was incorporated into silicone rubber in compositions of 2%, 4%, 6%, 8% and 10% by weight. Spectroscopic analyzes confirmed the synthesis of the Zn(II)-Curcumin complex. UV-Vis showed ππ* and nπ* electronic transitions at 435 nm and 450 nm, respectively. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) showed the disappearance of the bands of the groups (C=O) at 1743 cm-1 and C(O)-C at 1367 cm-1, in the Zn(II)-Curcumin complex. X-ray diffraction (XRD) showed that both curcumin and the complex are crystalline materials and allowed the average crystal size to be determined using the Debye-Scherrer’s Equation. Energy Dispersive Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS) analysis showed a different morphology in the metallic complex (irregular aggregates and high porosity). The silicone rubber compositions containing the metal complex (Zn(II)-Curcumin/SIR) were characterized by gel content, contact angle, FTIR, SEM-EDS, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and inductive oxidation time (OIT). The gel content of the Zn(II)-Curcumin/SIR compositions showed that the addition of the complex does not significantly change the degree of crosslinking of the rubber. An increase in the degree of hydrophobicity was observed with the incorporation of the metal complex into the rubber matrix. FTIR confirmed the incorporation of the Zn(II)-Curcumin complex into the rubber. The TGA analysis showed that the incorporation of the metal complex does not change the degradation profile of the SIR, observing a significant increase in the thermal stability of the SIR for concentrations of the metal complex above 8% by weight. The dynamic study of the curing reaction by DSC showed that the incorporation of the Zn(II)-Curcumin complex does not affect the curing reaction.

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  • GLAUBER ZERBINI COSTAL
  • ARGAMASSA COM A INCORPORAÇÃO DE REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO NANOESTRUTURADO

  • Orientador : FRANCISCO MOURA FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • WELYSON TIANO DOS SANTOS RAMOS
  • CARLOS EDUARDO PASSAGLI BARRAL
  • FRANCISCO MOURA FILHO
  • MARCIO MARTINS LAGE JUNIOR
  • MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • VIVIANY GERALDO DE MORAIS
  • Data: 05/04/2024

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  • A mineração é uma atividade de grande impacto econômico, contudo a geração de resíduos tais com RMF têm causado preocupação na comunidade científica e governos, o que têm impulsionado a busca por meios de utilização em escala desses materiais. Neste trabalho, verificou-se os efeitos da adição de rejeito de mineração de ferro (RMF) impregnado com nanotubos de Carbono (CNT, do inglês Carbon Nanotubes), ou seja, RMF nanoestruturado na formação de argamassas (compósito cimentício), observando o aumento de resistência mecânica e condutividade elétrica. Com isto em vista, foram analisados aqui os efeitos da aplicação dos nanotubos de Carbono de paredes múltiplas (MWCNT, do inglês Multi-Wall Carbon Nanotubes) em argamassas, com diferentes concentrações de CNTs, sintetizados in situ sobre RMF, utilizando um método inovador de dispersão do nanomaterial, sem a utilização de elementos de funcionalização, aditivos e/ou surfactantes, e mão de obra especializada. Foram realizados ensaios mecânicos de tração na flexão e compressão, medições da absorção de água por imersão, medições da perda de umidade por tratamento térmico, medições elétricas e caracterizações físicas e químicas, comprovando a eficiência da dispersão pelo método proposto. As amostras estudadas foram preparadas com concentrações de MWCNT de 0,12%, 0,20% e 0,80% de CNTs em relação a massa de cimento no traço, obtendo, nos ensaios mecânicos, um aumento de 16%, 27% e 30% na tração na flexão, respectivamente. Com a caracterização elétrica, foi observado um aumento de 2266,35% na condutividade elétrica da amostra CNT 0,80%. Nas medições da absorção de água por imersão, foi observada a diminuição da absorção de água com o aumento da concentração de CNTs nas amostras, devido ao caráter hidrofóbico do CNT. Da avaliação da perda de umidade por tratamento térmico, foi observado um comportamento concordante com a literatura quanto a perda de água física (abaixo de 300°C), aumentando a taxa de evaporação com o aumento da concentração de CNT nas amostras. Junto à caracterização por difração por raio X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, os resultados obtidos evidenciaram a homogênea dispersão dos nanomateriais na argamassa. Assim, este trabalho propôs um novo método de incorporação de CNTs em argamassas de forma eficaz, economicamente viável, simples e utilizando o RMF em um quarto dos agregados no traço da argamassa.


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  • Mining is an activity with great economic impact; however, the generation of waste such as IOT has caused concern in the scientific community and governments, which has driven the search for ways to use these materials on a large scale. This work verified the effects of adding iron ore tailing (IOT) impregnated with Carbon Nanotubes (CNT), i.e., nanostructured IOT in the manufacture of mortars (cementitious composite), observing the increase in mechanical resistance and electrical conductivity. With this in mind, the effects of applying multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) in mortars with different concentrations of CNTs, synthesized in situ on IOT, using an innovative method of dispersion of the nanomaterial, without the use of functionalization elements, additives and/or surfactants, and specialized labor, were investigated. Mechanical tensile tests in flexion and compression, water absorption tests by immersion, moisture loss tests by heat treatment, and electrical tests and characterizations (morphological, chemical, and microstructural) were performed, proving the efficiency of dispersion by the proposed method. The samples studied were prepared with MWCNT concentrations of 0.12%, 0.20%, and 0.80% of CNTs by the weight of cement in the mix, obtaining, in mechanical tests, an increase of 16%, 27% and 30% in flexural traction, respectively. With the electrical tests, an increase of 2266,35% in the electrical conductivity of the 0.80% CNT sample was observed. In the immersion absorption test, a decrease in water absorption was observed with an increase in the concentration of CNTs in the samples due to the hydrophobic nature of the CNTs. From the evaluation of moisture loss due to heat treatment, a behavior was observed in agreement with the literature regarding the loss of physical water (below 300°C), increasing the evaporation rate with the increase in the concentration of CNT in the samples. Together with X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and infrared spectroscopy (FTIR) tests, the results obtained show the homogeneous dispersion of nanomaterials in the mortar. Thus, this work proposed a new method for incorporating CNTs into mortars in an effective, economically viable, and simple way using IOT in a quarter of the aggregates in the mortar mix.

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  • ÁGATA MAYARA PAULA PONTES
  • ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO Al NA MICROESTRUTURA, DUREZA E RESISTÊNCIA À OXIDAÇÃO DE LIGAS MULTICOMPONENTES PRINCIPAIS COMPOSTA POR WMoNbTiCrAlx (x = 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1)

  • Orientador : GEOVANI RODRIGUES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VANESSA MOTA CHAD
  • ALFEU SARAIVA RAMOS
  • ANTONIO AUGUSTO ARAUJO PINTO DA SILVA
  • GEOVANI RODRIGUES
  • KATIA REGINA CARDOSO
  • NABIL CHAIA
  • Data: 11/07/2024

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  • Ligas de metais refratários multicomponentes têm sido objeto de estudo com o objetivo de competir com as superligas de níquel, devido às suas elevadas temperaturas de fusão e às propriedades mecânicas promissoras, como alta dureza e alta tensão ao escoamento em temperaturas elevadas. Contudo, uma desvantagem significativa dessas ligas é sua baixa resistência à oxidação em altas temperaturas. Para contornar esse problema, sabe-se que a adição de alumínio contribui para melhorar a resistência à oxidação, formando uma camada protetora de alumina, além de reduzir a densidade. Este estudo analisou a influência do alumínio na microestrutura, densidade, dureza e resistência à oxidação de cinco novas ligas refratárias multicomponentes produzidas por fusão a arco a partir de elementos brutos, WMoNbTiCrAlx (x = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1) (mol %). As análises microestruturais foram realizadas por Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX) em todas as condições das ligas (fundidas e tratadas termicamente a 1200 °C por 24 horas), com análises de difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD) nas ligas tratadas. O software ThermoCalc auxiliou na interpretação dos resultados experimentais em relação às fases em equilíbrio e suas composições. As ligas fundidas exibiram uma fase CCC altamente segregada com estrutura dendrítica. Após o tratamento térmico, as ligas mantiveram predominantemente a fase CCC, com menor quantidade de precipitação da fase Laves. Testes de nanoindentação revelaram que a adição de alumínio aumentou a dureza de 10,5 para 12,2 GPa, enquanto a densidade da liga diminuiu com o aumento do teor de alumínio, passando de 9,7982 para 8,7745 g/cm³. Quanto aos ensaios termogravimétricos (TGA), o alumínio demonstrou benefícios para melhorar a resistência à oxidação. A liga Al0,25 apresentou o maior ganho de massa, cerca de 40 mg/cm², enquanto a liga Al1 mostrou o menor ganho de massa, aproximadamente 9 mg/cm².


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  • Multi-principal element alloys based on refractory metals have been the subject of study with the aim of competing with nickel super alloys due to their high melting temperatures and promising mechanical properties such as high hardness, thermal stability, and elevated temperature yield strength. However, a major drawback of refractory metal-based alloys is their low oxidation resistance at high temperatures. To overcome this problem, it is known that the addition of aluminum helps to improve resistance to oxidation, forming a protective layer of alumina in addition to reducing density. This study analyzed the influence of aluminum on the microstructure, hardness, and oxidation resistance of five new multicomponent refractory alloys produced by arc melting from raw elements, WMoNbTiCrAlx (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, and 1) (mol %). Microstructural analyses were carried out by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction in all alloy conditions (cast and heat treated at 1200 °C for 24 hours), with electron backscattered diffraction (EBSD) analyses in the treated alloys. ThermoCalc software assisted in interpreting experimental results regarding equilibrium phases and their compositions. The cast alloys exhibited a highly segregated BCC phase with a dendritic structure. After heat treatment, the alloys predominantly maintained the BCC phase, with minor precipitation of the Laves phase. Nanoindentation tests revealed that the addition of aluminum increased hardness from 10.5 to 12.2 GPa, while the density of the alloy decreased with increasing aluminum content, from 9.7982 to 8.7745 g/cm³. In thermogravimetric tests (TGA), aluminum demonstrated benefits in improving oxidation resistance. The Al0.25 alloy showed the highest mass gain, approximately 40 mg/cm², while the Al1 alloy showed the lowest mass gain, approximately 9 mg/cm².

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  • EDUARDO SERAFIM SILVA
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    RELAÇÃO DO CONTROLE DA POROSIDADE COM A BIOCOMPATIBILIDADE DAS LIGAS Ti-2Si-1B e Ti-6Si-3B OBTIDAS POR MOAGEM DE ALTA ENERGIA

  • Orientador : DANIELA SACHS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFEU SARAIVA RAMOS
  • DANIELA SACHS
  • LARISSA MAYRA DA SILVA RIBEIRO
  • MARIA AUXILIADORA DE BARROS MARTINS
  • MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • PATRÍCIA CAPELLATO
  • Data: 30/08/2024

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  • Produziu-se duas ligas de Ti-Si-B (a saber: Ti-2Si-1B, Ti-6Si-3B) por MOAGEM DE ALTA ENERGIA (MAE). A MAE se deu com rotação de 200rpm, na proporção 1:20 massa/bola observando tempos de 4h e 8h, para homogeneização. Avaliou-se a melhor temperatura de sinterização, a saber: 1250°C, para o tempo de tratamento de 4h. Dessa forma, caracterizou-se o material quanto as variações de fases e porosidade para estabelecer os melhores parâmetros para ambas as ligas. Análises de granulometria, MEV, DTA/TG, DRX, MO, densidade, além dos ensaios de microdureza, molhabilidade e crescimento celular também foram realizados para melhor caracterização do material obtido.

     

     


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  • Two Ti-Si-B alloys (namely: Ti-2Si-1B, Ti-6Si-3B) were produced by HIGH ENERGY MILLING (MAE). The MAE was carried out with a rotation of 200rpm, in a proportion of 1:20 mass/ball, observing times of 4h and 8h, for homogenization. The best sintering temperature was evaluated, namely: 1250°C, for a treatment time of 4h. In this way, the material was characterized in terms of phase variations and porosity to establish the best parameters for both alloys. Granulometry, SEM, DTA/TG, XRD, MO, density analyses, in addition to microhardness, wettability and cell growth tests were also carried out to better characterize the material obtained.

     

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  • FERNANDA MAGALHÃES DE OLIVEIRA CAMPOS
  • AVALIAÇÃO DE MÉTODOS DE UNIÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS TERMOPLÁSTICOS

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ANCELOTTI JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ANCELOTTI JUNIOR
  • CARLA JÚNIA SANTOS
  • LORENA CRISTINA MIRANDA BARBOSA
  • LUIZ CLAUDIO PARDINI
  • MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • RICARDO MELLO DI BENEDETTO
  • Data: 05/12/2024

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  • O presente trabalho apresenta a metodologia aplicada para a fabricação de placas de material compósito fibra de carbono e resina Elium®150 por meio do método de transferência de resina assistida a vácuo para a confecção de corpos de prova e descreve o uso de técnicas de união de materiais, colagem e soldagem por aquecimento com luz infravermelha e uso desta resina para efetuar a união de materiais compósitos. A resina Elium® foi caracterizada termicamente por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), análise dinâmico mecânica (DMA) e análise termomecânica (TMA). A fim de comparar os resultados com diferentes reforços, foram confeccionadas placas de resina Elium ® e tecido de fibra de vidro. A análise por DSC da resina pura resultou em uma temperatura de pico de cura de 82,92ºC, Tg DSC: 94,16ºC e entalpia 216,63 J/g. Os resultados por DMA mostraram Tg DMA da resina pura de 50,82ºC, Tg DMA da fibra de carbono de 71,9ºC e Tg DMA da fibra de vidro de 98,47ºC; TMA resultaram em Tg TMA de 91ºC para a fibra de carbono e 93ºC para a fibra de vidro. Por TGA observou-se a temperatura de início da degradação de cerca de 300ºC para a resina e materiais compósitos. Os ensaios de ultrassom não detectaram defeitos ou vazios nas placas de compósito de vidro ou carbono. Parâmetros de processamento foram estabelecidos usando 150, 175 e 200 ºC na etapa de aquecimento e 0,4 ou 0,5 MPa de pressão durante a consolidação no processo de soldagem. Ensaios de cisalhamento demonstraram maiores valores de tensão de cisalhamento de 14,6 MPa para amostras de compósito com reforço de fibra de vidro processadas a 150ºC e pressão de 0,4 MPa. As amostras de fibra de vidro revelaram melhor ancoragem entre a fibra e a matriz devido à compatibilidade química mais eficaz. Em contraste, as amostras de fibra de carbono apresentaram falhas adesivas significativas, com a resina se desprendendo da fibra, indicando adesão insuficiente. Este comportamento é consistente com a perda de rigidez da matriz observada através da DMA, particularmente em temperaturas de soldagem mais altas. As amostras coladas exibiram maior resistência ao cisalhamento, pois foram processadas abaixo da temperatura de transição vítrea determinada pela técnica DMA.


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  • This study presents the methodology applied for the manufacturing of composite plates with carbon fiber and Elium®150 resin using the vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) method. Using adhesive bonding and infrared light heating welding at thermoplastic composite materials to obtain samples. The Elium® resin was thermally characterized using differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA), and thermomechanical analysis (TMA). Aiming to compare the results with different types of reinforcements, composite plates of Elium® resin matrix and fiberglass and carbon fabric were laminated. DSC analysis of pure resin resulted in peak cure temperature of 82.92ºC, a DSC Tg of 94.16ºC, and an enthalpy of 216.63 J/g. DMA results showed Tg of 50.82ºC for the pure resin, Tg of 71.9ºC for the carbon fiber, and Tg of 98.47ºC fiberglass reinforced polymer. TMA indicated a Tg of 91ºC for carbon fiber and 93ºC for fiberglass. Ultrasonic tests revealed no defects or voids in composite plates of glass or carbon fiber. Based on the thermal characterization results, the process parameters were established as 150, 175 and 200 ºC (heating phase) for temperature and 0.4 or 0.5MPa for pressure at consolidation phase on the welding process. Samples were analyzed by lap shear stress with higher shear stress values (14.6 MPa) observed for the composite samples containing fiberglass reinforcement processed at 150ºC and 0.4 MPa pressure. Fiberglass samples revealed better attachment between fiber and the matrix due to more effective chemical compatibility. In contrast, carbon fiber samples presented significant adhesive failures, with the resin detaching from fiber, indicating insufficient adhesion. This behavior is consistent with the loss of matrix rigidity observed through DMA, particularly at higher welding temperatures. Bonded samples exhibited greater shear strength since they are processed below glass transition temperature determined by DMA technique.

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  • JONAS MENDES
  • DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE LIGAS MULTICOMPONENTES REFRATÁRIAS À BASE DE AlCrNiNbMoW OBTIDAS POR METALURGIA DO PÓ

  • Orientador : GEOVANI RODRIGUES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO AUGUSTO ARAUJO PINTO DA SILVA
  • GEOVANI RODRIGUES
  • GISELE FERREIRA DE LIMA ANDREANI
  • KATIA REGINA CARDOSO
  • MIRIAN DE LOURDES NORONHA MOTTA MELO
  • RICARDO MELLO DI BENEDETTO
  • Data: 12/12/2024

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  • A projeção de ligas de alta entropia se despontou nos últimos anos como uma alternativa para produção de ligas com propriedades aprimoradas. As ligas de alta entropia são ligas multicomponentes compostas por cinco ou mais elementos principais em razões equiatômicas ou quase equiatômicas. A alta entropia configuracional em uma liga multicomponente, em comparação com ligas convencionais, resulta na estabilização dos elementos de liga em soluções sólidas estáveis. Dentre os grupos de ligas multicomponentes destacam-se as ligas de alta entropia refratárias, são constituídas por elementos refratários e consideradas uma inovação significativa nos padrões do desenvolvimento de materiais para aplicações em alta temperatura.

    Assim, esses materiais devem garantir estabilidade térmica, resistência ao desgaste e à oxidação em altas temperaturas e em ambientes oxidantes. Tradicionalmente, essas ligas são produzidas por meio de fusão, uma das técnicas de fabricação mais populares, no entanto, a possibilidade de se obter estruturas heterogêneas com segregação elementar e outros defeitos cristalinos, como discordâncias e contornos de grãos, são maiores. Para contornar a situação, será adotado o processo de produção via metalurgia do pó como processo de produção alternativo. Este método de fabricação promove a solubilidade no estado sólido e a formação de ligas homogêneas, conferindo ao produto final propriedades equivalentes às obtidas por fusão. Além disso, o processo oferece significativo ganho energético, tornando-se uma alternativa viável aos métodos de manufatura tradicionais. Em vista disso, este trabalho tem como objetivo produzir e caracterizar microestruturalmente cinco combinações da liga multicomponente refratária à base de AlCrNiNbMoW, fabricadas por metalurgia do pó. Serão variadas as proporções atômicas de Al e Cr em taxas de 25%, desde a razão equiatômica até a substituição total do alumínio pelo cromo, com o intuito de avaliar a influência dessas variações na formação das fases e resistência à oxidação. Os resultados revelaram que todas as ligas produzidas apresentaram uma composição microestrutural semelhante, caracterizada pela formação de uma solução sólida de estrutura cristalina CCC e fase Laves. Os ensaios de oxidação resultaram em óxidos de alumínio, nióbio, cromo e tungstênio. A liga que apresentou menor ganho de massa foi a liga Al4,2Cr29,2, sendo, 0,037 g/cm2. A redução do teor de alumínio nas ligas produzidas mostrou-se benéfica, pois promoveu uma diminuição proporcional no ganho de massa. Os estudos realizados nesta tese possibilitam a exploração do potencial dos quatro efeitos da alta entropia na projeção de novas ligas multicomponentes refratárias produzidas via metalurgia do pó e que resultam na formação soluções sólidas de estrutura cristalina CCC e fase Laves observadas por meio de caracterização microestrutural e difração de raios X. Esta tese explora o potencial dos quatro efeitos da alta entropia na elaboração e compreensão de novas ligas multicomponentes refratárias produzidas por metalurgia do pó. Os estudos realizados demonstram que essas ligas formam soluções sólidas simples de estrutura cristalina CCC e fase Laves, confirmadas por caracterização microestrutural e difração de raios X.


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  • The development of high-entropy alloys has become in recent years as an alternative for producing alloys with enhanced properties. High-entropy alloys are multicomponent alloys composed of five or more main elements in equiatomic or near-equiatomic ratios. The high configurational entropy in a multicomponent alloy, compared to conventional alloys, results in the stabilization of alloying elements in stable solid solutions. Among the groups of multicomponent alloys, refractory high-entropy alloys stands out; they are composed of refractory elements and are considered a significant innovation in the development of materials for high-temperature applications. Thus, these materials must ensure thermal stability, wear resistance, and oxidation resistance at high temperatures and in oxidizing environments. Traditionally, these alloys are produced through melting, one of the most known manufacturing techniques. However, this method increases the probablility of heterogeneous structures with elemental segregation and other crystal defects, such as dislocations and grain boundaries. To solve this troublesome, powder metallurgy will be adopted as an alternative production method. This manufacturing method promotes solubility in the solid state and the formation of homogeneous alloys, providing the final product with properties equivalent to those obtained by melting. Additionally, the process offers significant energy savings, making it a viable alternative to traditional manufacturing methods. Taking into consideration, this work aims to produce and microstructurally characterize five combinations of the refractory multicomponent alloy based on AlCrNiNbMoW, manufactured by powder metallurgy. The atomic proportions of Al and Cr will be varied in 25% increments, from the equiatomic ratio to the total substitution of aluminum by chromium, to evaluate the influence of these variations on phase formation and oxidation resistance. The results revealed that all produced alloys exhibited a similar microstructural composition, characterized by the formation of a solid solution with a BCC crystalline structure and Laves phase. Oxidation tests resulted in the formation of oxides of aluminum, niobium, chromium, and tungsten. The alloy with the lowest mass gain was Al4.2Cr29.2, at 0.037 g/cm². The reduction in aluminum content in the produced alloys proved beneficial, as it proportionally decreased the mass gain. The studies carried out in this thesis enable the exploration of the potential of the four high-entropy effects in the design of new refractory multicomponent alloys produced via powder metallurgy, resulting in the formation of solid solutions with a BCC crystalline structure and Laves phase observed through microstructural characterization and X-ray diffraction. This thesis explores the potential of the four high-entropy effects in the development and understanding of new refractory multicomponent alloys produced by powder metallurgy. The studies demonstrate that these alloys form simple solid solutions with a BCC crystalline structure and Laves phase, confirmed by microstructural characterization and X-ray diffraction.

2023
Dissertações
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  • JOÃO PAULO MARTINS MANSANO ROSA
  • Cerâmicas termoelétricas de CaMnO3 dopadas com La3+ e V5+ produzidas por método químico e sinterizadas por micro-ondas
  • Orientador : MARIA VIRGINIA GELFUSO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA VIRGINIA GELFUSO
  • TANIA REGINA GIRALDI
  • JULIANA MARIA ABREU DA SILVA MORBEC
  • Data: 08/02/2023

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  • Atualmente, a utilização de materiais termoelétricos apresenta-se como uma solução promissora para a crise energética mundial, devido a sua capacidade de converter energia térmica em elétrica, baseando-se no efeito Seebeck. Devido a suas propriedades intrínsecas, a manganita de cálcio (CaMnO3 ou CMO) é um óxido semicondutor do tipo-n auspicioso para aplicações termoelétricas. Outrossim, a adoção da sinterização auxiliada por irradiação de micro-ondas favorece tempos de processamento mais curtos, microestruturas com tamanho de grão reduzido e, em alguns casos, propriedades iguais ou até superiores às das cerâmicas sinterizadas convencionalmente. Assim, neste estudo, as influências de um método de síntese química, das dopagens com La3+ e V5+, e do tempo de sinterização nas propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 são reportadas. Os pós cerâmicos das composições estequiométricas CaMnO3, Ca0,90La0,10MnO3 e CaMn0,96V0,04O3 foram produzidos pelo método de Pechini modificado. De acordo com a análise por difratometria de raios X, confirmou-se que a fase CMO, quer pura ou dopada, foi predominante (>98 %) para os pós calcinados de todas as composições. A partir destes pós, amostras em forma de pastilhas foram prensadas uniaxialmente, sob pressão de 175 MPa, e, em seguida, sinterizadas com o auxílio da irradiação de micro-ondas, ao ar, sem tempo de patamar de permanência, nas temperaturas de 500 °C, 700 °C, 900 °C e 1100 °C. Ainda, cerâmicas foram sinterizadas por micro-ondas, ao ar, sem tempo de patamar (0 min), por 15 min e por 30 min, à temperatura de 1300 °C, 1200 °C e 1300 °C, para cerâmicas das composições CMO, CMO-La e CMO-V, respectivamente, sendo essas temperaturas determinadas a partir da análise por dilatometria. As densidades aparentes atingiram valores superiores a 65 % das densidades teóricas para cerâmicas de todas as composições estudadas. A caracterização por difratometria de raios X confirmou a formação da fase cristalina CMO como única fase para cerâmicas de todas as composições estequiométricas produzidas. Por meio da caracterização por microscopia eletrônica de varredura, verificou-se grãos maiores para as cerâmicas de CMO, intermediários para as de CMO-V e menores para as de CMO-La. Além disso, o tamanho médio de grão aumentou com acréscimos do tempo de patamar de sinterização. Os valores de coeficiente Seebeck, condutividades térmica e elétrica foram medidos entre 25 °C e 600 °C. Os resultados mais promissores de propriedades termoelétricas são reportados a seguir. A amostra de CMO sinterizada sem tempo de patamar apresentou os maiores valores, em módulo, de coeficiente Seebeck. A amostra de CMO-La sinterizada por 15 min apresentou a maior condutividade elétrica (~14600 S/m, à 600 °C), em detrimento das amostras de CMO sinterizadas sem tempo de patamar e por 30 min (~250 S/m, à 600 °C). A amostra de CMO-La sinterizada sem tempo de patamar apresentou os menores valores de condutividade térmica, em contrapartida, a de CMO sinterizada por 15 min, atingiu os maiores. O maior valor de ZT, de ~0,098, para a amostra CMO-La-15min, à 600 °C. Essa amostra também apresentou o maior ET (~0,94 %). Logo, a cerâmica de CMO-La sinterizada por micro-ondas por 15 min apresenta-se como a de maior destaque para aplicações termoelétricas.


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  • Nowadays, the use of thermoelectric materials could be a promising solution to a global energy crisis, due to its ability to convert thermal energy into electrical energy, based on the Seebeck effect. Due to its intrinsic properties, calcium manganite (CaMnO3 or CMO) is an auspicious n-type semiconductor oxide for thermoelectric applications. Furthermore, the adoption of sintering by microwave irradiation favors shorter processing times, microstructures with reduced grain sizes, in some cases, properties equal to or even superior to those of conventionally sintered ceramics. Thus, in this study, the influences of a chemical synthesis method, doping with La3+ and V5+, and sintering time on the thermoelectric properties of CaMnO3 ceramics are reported. Ceramic powders of CaMnO3, Ca0.90La0.10MnO3, and CaMn0.96V0.04O3 stoichiometric compositions were produced by the modified Pechini method. According to X-ray diffraction analysis, it was confirmed that the CMO phase, which can be pure or doped, was predominant (>98%) for the calcined powders of all compositions. From the production of these powders, samples in discs form were pressed uniaxially, under a pressure of 175 MPa, and then sintered by microwave irradiation, in air, without a permanence time, at temperatures of 500 °C, 700 °C, 900 °C, and 1100 °C. Still, ceramics were sintered by microwave irradiation, in air, without a soaking time (0 min), for 15 min and for 30 min at a temperature of 1300 °C, 1200 °C, and 1300 °C, for ceramics of CMO, CMO-La, and CMO-V compositions, in the respective order, these temperatures were determined by dilatometric analyses. The apparent densities reached values greater than 65 % of the theoretical densities, for ceramics of all studied compositions. Characterization by X-ray diffraction confirmed the formation of the CMO crystalline phase as the only phase for ceramics of all stoichiometric compositions produced. Through scanning electron microscopy characterization, larger grains were found for CMO ceramics, intermediate grains for CMO-V, and smaller grains for CMO-La. In addition, the average grain size increased when the sintering time was raised. Seebeck coefficient values and thermal and electrical conductivities were measured between 25 °C and 600 °C. The thermoelectric properties most promising results are reported next. The sintered CMO sample without soaking time showed the highest values, in modulus, of the Seebeck coefficient. The CMO-La sample sintered for 15 min showed the highest electrical conductivity (~14600 S/m, at 600 °C), meanwhile, CMO samples sintered without soaking time and for 30 min (~250 S/m, at 600 °C). The sample of CMO-La sintered without soaking time showed the lowest values of thermal conductivity, on the other hand, this of CMO sintered for 15 min reached the highest values. The highest ZT value, ~0.098, was obtained for the CMO-La-15min sample, at 600 °C. This sample presented the highest ET (~0.94 %) either. Therefore, the CMO-La ceramic sintered by microwave irradiation for 15 min is the most prominent for thermoelectric applications.

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  • DANIEL COELHO DO AMARAL
  • SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE ÓXIDO DE CÉRIO PURO E DOPADO COM MANGANÊS PARA APLICAÇÃO EM SENSORES DE GASES

  • Orientador : FRANCISCO MOURA FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO MOURA FILHO
  • RERO MARQUES RUBINGER
  • MIGUEL ADOLFO PONCE
  • CELSO MANUEL ALDAO
  • Data: 21/07/2023

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  • Neste estudo, foram realizadas sínteses de nanopartículas de óxido de cério (CeO2) com diferentes concentrações de manganês, utilizando a técnica de síntese hidrotermal assistida por micro-ondas. A fim de obter diferentes composições, as nanopartículas foram modificadas seguindo as fórmulas estequiométricas: Ce1-(3/4x)MnxO2, onde x variou nos valores de 0,0; 4,0; 8,0; 12,0 em mol. O sistema foi então submetido a um tratamento térmico a 100 °C por 8 minutos em um forno micro-ondas convencional, com uma taxa de aquecimento constante de 10 ºC/min. Os pós resultantes foram submetidos a diversas técnicas de caracterização para avaliar suas propriedades. Essas técnicas incluíram difração de raios X (DRX), espectroscopia de espalhamento Raman, espectroscopia de absorção na região do Ultravioleta e Visível (UV-Vis), espectroscopia de fotoelétrons na região de raio X (XPS), ressonância paramagnética eletrônica (EPR), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), Espectroscopia temporal de aniquilação de pósitrons (PALS), termogravimetria (TG), análise térmica diferencial (DTA), além de caracterização elétrica. Tanto o sistema CeO2 puro quanto o dopado com manganês demonstraram alta estabilidade, apresentando padrões de difração semelhantes. A partir das análises realizadas, foi possível estabelecer os tempos de resposta dos sensores quando expostos ao CO, onde observou-se uma melhora significativa para o sistema dopado com diferentes concentrações de Mn, em comparação com o sistema puro. A modificação com maior teor de Mn (12%) não apresentou mudanças significativas em termos de resposta do sensor em relação a com menor teor de Mn (4%), indicando que a menor dopagens 4% de Mn tona-se promissora para aplicação de sensores para a detecção de monóxido de carbono.


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  • In this study, syntheses of cerium oxide (CeO2) nanoparticles with different concentrations of manganese were carried out using the microwave-assisted hydrothermal synthesis technique. In order to obtain different compositions, the nanoparticles were modified following the stoichiometric formulas: Ce1-(3/4x)MnxO2, where x varied in the values of 0.0, 4.0, 8.0, 12.0 in mol. The system was then subjected to a thermal treatment at 100 °C for 8 minutes in a conventional microwave oven, with a constant heating rate of 10 °C/min. The resulting powders were subjected to various characterization techniques to evaluate their properties. These techniques included X-ray diffraction (XRD), Raman scattering spectroscopy, ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron paramagnetic resonance (EPR), field emission scanning electron microscopy (FESEM), positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), thermogravimetry (TG), differential thermal analysis (DTA), and electrical characterization. Both pure CeO2 system and manganese-doped system demonstrated high stability, showing similar diffraction patterns. From the analyses performed, it was possible to establish the response times of the sensors when exposed to CO, where a significant improvement was observed for the system doped with different concentrations of Mn compared to the pure system. The modification with higher Mn content (12%) did not show significant changes in terms of sensor response compared to the lower Mn content (4%), indicating that the lower doping of 4% Mn becomes promising for the application of sensors for carbon monoxide detection.

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  • MIRELA EDUARDA CUSTÓDIO
  • SÍNTESES QUÍMICAS PARA OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO POLIPIRROL E NANOFIBRAS

  • Orientador : ROSSANO GIMENES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCOS VINICIUS PUYDINGER DOS SANTOS
  • ADHIMAR FLAVIO OLIVEIRA
  • ROSSANO GIMENES
  • Data: 12/09/2023

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  • O Polipirrol (PPi) é um polímero condutor amplamente estudado e utilizado em várias aplicações devido às suas propriedades elétricas, químicas e biocompatíveis. O Poli(Fluoreto de Vinilideno) (PVDF) e o copolímero Poli(Fluoreto de Vinilideno-Trifluoretileno) (P(VDF-TrFE)) são conhecidos por suas propriedades piezoelétricas, dielétricas e sua flexibilidade e facilidade de processamento, tornando adequado para aplicações em eletrônica.
    Esta dissertação explora a síntese química do polipirrol (PPi) como parte fundamental na obtenção de nanofibras híbridas compostas por PPi/PVDF e PPi/P(VDF-TrFE. O método de síntese do PPi é detalhadamente abordado, incluindo a polimerização química do pirrol e as condições de dopagem utilizadas para ajustar suas propriedades. Os processos de obtenção das nanofibras híbridas PPi/PVDF e PPi/P(VDF-TrFE) são descritos, destacando a importância dos ajustes dos parâmetros no processo de eletrofiação.
    A caracterização do polipirrol é realizado através de técnicas avançadas de análises como Difração de Raio X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Magnetômetro de Amostras Vibrantes (VSM), Análise Térmica Diferencial (ATD), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e das nanofibras é realizada através do MEV. Os resultados demonstram a formação de nanofibras bem definidas com uma distribuição uniforme e orientações aleatórias com a utilização do polipirrol obtido na síntese química utilizando o oxidante FeCl3 e o surfactante PTSA na proporção de 1:2,5:0,2, o que é crucial para o desempenho das propriedades multifuncionais das nanofibras. As nanofibras obtidas utilizando o PPi das demais sínteses químicas, alterando o oxidante, o surfactante e a proporção, apresentaram distribuições não uniformes e orientações aleatórias, evidenciando que a escolha do oxidante, surfactante e a proporção dos reagentes na síntese química para obtenção do polipirrol impacta nas propriedades das nanofibras obtidas.
    Este estudo contribui para o avanço no entendimento das propriedades e aplicações de nanofibras híbridas PPi/PVDF e PPi/P(VDF-TrFE), abrindo novas perspectivas para o desenvolvimento de biomateriais, como desenvolvimento de andaimes condutores para regeneração nervosa, e destacando a importância da síntese química precisa do PPi como componente chave nesse contexto.


  • Mostrar Abstract
  • Polypyrrole (PPi) is a widely studied conductive polymer utilized in various applications due to its electrical, chemical, and biocompatible properties. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and the copolymer poly(vinylidene-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) are known for their piezoelectric and dielectric properties, as well as their flexibility and ease of processing, making them suitable for electronics applications.
    This dissertation explores the chemical synthesis of polypyrrole (PPi) as a fundamental component in obtaining hybrid nanofibers composed of PPi/PVDF and PPi/P(VDF-TrFE). The PPi synthesis method is elaborated upon, including the chemical polymerization of pyrrole and the doping conditions used to adjust its properties. The processes for obtaining hybrid nanofibers PPi/PVDF and PPi/P(VDF-TrFE) are described, emphasizing the importance of parameter adjustments in the electrospinning process.
    The characterization of polypyrrole is carried out using advanced analytical techniques such as X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), Differential Thermal Analysis (DTA), Scanning Electron Microscopy (SEM), and the nanofibers are examined through SEM. The results demonstrate the formation of well-defined nanofibers with a uniform distribution and random orientations when using polypyrrole obtained through chemical synthesis using FeCl3 as the oxidant and PTSA as the surfactant in a ratio of 1:2.5:0.2, which is crucial for the multifunctional properties of the nanofibers. Nanofibers obtained using PPi from other chemical syntheses, with variations in the oxidant, surfactant, and ratio, exhibited non-uniform distributions and random orientations, highlighting that the choice of oxidant, surfactant, and reagent ratio in the chemical synthesis of poly(pyrrole) impacts the properties of the resulting nanofibers.
    This study contributes to advancing the understanding of the properties and applications of hybrid nanofibers PPi/PVDF and PPi/P(VDF-TrFE), opening new perspectives for the development of biomaterials, such as conductive scaffolds for nerve regeneration. It highlights the importance of precise chemical synthesis of PPi as a key component in this context.

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  • HANA CAMILA GOMES SILVA
  • Estudo da eficiência de microcápsulas de poli(ureia-formaldeído) contendo óleo de chia/octoato de cobalto nas propriedades de proteção contra a corrosão e do autorreparo de primers

  • Orientador : RENY ANGELA RENZETTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • HEIDE HELOISE BERNARDI
  • MARCOS ROBERTO DE ABREU ALVES
  • MERCES COELHO DA SILVA
  • RENY ANGELA RENZETTI
  • Data: 26/09/2023

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  • A corrosão é um processo natural com grande impacto econômico que degrada os metais e diminui a vida útil das estruturas metálicas. Dentre as formas de prevenção, atualmente a mais utilizada é aplicação de revestimentos orgânicos, a qual gera uma barreira física, impedindo o contato entre o metal e o meio agressivo. Na indústria automotiva, o primer é a camada que proporciona a sustentação e proteção anticorrosiva ao sistema de pintura. Essa proteção, geralmente, se deve à presença de pigmentos anticorrosivos. Contudo, uma vez danificado o revestimento, a mesma torna-se menos eficiente. Neste trabalho, óleo de chia (MC) e óleo de chia contendo1% v/v de octoato de cobalto II 6% (MCOc) foram encapsulados com poli ureia-formaldeído (PUF) pelo método da polimerização in situ em emulsão óleo em água. A encapsulação dos óleos foi comprovada pela técnica de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). As microcápsulas MC e MCOc se mostraram esféricas e com variada distribuição de tamanho de partícula, sendo o tamanho médio de 47 (±13) µm e 76 (±14) µm, respectivamente, quando estudadas por microscopia ótica. O teor de óleo de ambas as amostras foi acima de 90%, e foi estimado pelo método de Extração de Óleo de Sohxlet. As micrografias adquiridas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram a presença de material do núcleo não encapsulado. As microcápsulas foram adicionadas a um primer automotivo e avaliou-se a eficiência do efeito de autorreparo. Para os estudos de corrosão foram dispersas 10% em massa das microcápsulas a um primer automotivo comercial e em seguida aplicado em aço comum. As técnicas eletroanalíticas de voltametria linear anódica (VL) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foram utilizadas para investigar o efeito protetivo, comparando as respostas do aço sem revestimento, do primer puro (P) e com microcápsulas (P+MC e P+MCOc). Defeitos foram confeccionados e diferentes tempos de confecção dos defeitos foram testados (0h, 1h, 2h, 4h e 24h). Por VL pode-se observar que a aplicação de revestimento aumentou o potencial de corrosão (Ecorr) do aço, sendo que amostras analisadas após 24h de confecção do defeito demostraram melhor desempenho para os três tipos de revestimentos estudados. A EIE demonstrou que acrescentar microcápsulas melhora a resposta resistiva do primer com maiores raios de semi-círculo no diagrama de Nyquist. De modo geral, a melhor resposta protetiva pelos métodos analisados foi apresentada pelo revestimento P+MCOc.


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  • Corrosion is a natural process that has a significant economic impact. It degrades metal sand reduces the use fullife of metal structures. Currently, the most widely used form of prevention is to apply organic coatings, which form a physical barrier that prevents the metal from contacting the aggressive environment. The primer, in the automotive industry, is the layer that supports and protects the paint system against corrosion. The protection provide disgenerally at tributed to the presence of anti-corrosion pigments. Nevertheless, the effectiveness of the coating decreases when it is damaged. This study involved the encapsulation of chia oil (MC) and chia oil containing 1% v/v cobaltoctoate II 6% (MCOc) with polyureaformaldehyde (PUF) applying the in situ oil-in-wateremulsionpolymerisation technique. The encapsulation of the oils was confirmed through Fourier transform infraredspectroscopy (FTIR). The microcapsules MC and MCOc were determined to have a spherical shape and varied particle size distribution, with an average size of 47 (±13) µm and 76 (±14) µm, respectively, when examined by optical microscopy. The oil content of both samples was greater than 90%, as estimated through the Sohxlet Oil Extraction method. Scanning electron microscopy (SEM) images illustrated the existence of unencapsulated core material. The microcapsules were added to an automotive primer, and their self-repair effectiveness was evaluated. To conduct the corrosion studies, 10% by mass of the microcapsules were dispersed in a commercial automotive primer and subsequently applied to ordinary steel. The protective effect was studied using the electroanalytical techniques of Linear SweepVoltammetry (LSV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIE). The responses of uncoated steel, pure primer (P) and microcapsules (P+MC and P+MCOc) were compared. Abbreviations were explained upon first use. The language used was clear, precise and objective, adhering to conventional academic structures and maintaining formal register throughout. The text was also free from grammatical and punctuational errors. During the investigation, defects were intentionally formed at different times (0h, 1h, 2h, 4h, and 24h). According to LSV data, coating application enhanced the corrosion potential (Ecorr) of the steel. Additionally, samples assessed 24 hours following the creation of the defect exhibited improve defficiency for all three types of coating studied. EIE experiments demonstrated that incorporating microcapsules enhanced the resistive response ofthe primer, resulting in largersemi-circleradii in the Nyquist diagram. The P+MCOc coating demonstrated the best protective response among the methods analyzed.

Teses
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  • POLLYANNA MARCONDES
  • Cobertura com potencial para tratamento de ferida de queimadura a partir de membrana de poli (vinil álcool), dendrímero de poliglicerol, extrato de Cinnamomum zeylanicum, e nanopartículas de prata

  • Orientador : MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CRISTIANE GIFFONI BRAGA
  • GISELA MARIA ROSAS HELOU
  • MARIA ELENA LEYVA GONZALEZ
  • MARIA FERNANDA XAVIER PINTO MEDEIROS
  • MIRTA MIR CARABALLO
  • SANDRO JOSE DE ANDRADE
  • Data: 07/03/2023

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  • Neste trabalho, estudou-se a síntese verde de nanopartículas de prata (NPsAg) usando extrato vegetal de Cinnamomum zeylanicum (extrato-Cz) como agente redutor. A síntese verde das NPsAg foi realizada na presença da matriz polimérica de poli (vinil álcool) (PVA) e dendrímero de poliglicerol (DPG). O extrato-Cz foi preparado pela técnica ultrassônica e caracterizado por espectroscopia UV-visível (UV-vis), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), visando avaliar a composição química. O espectro UV-vis confirmou a presença de cinamaldeído. O FTIR confirmou a presença de ligações carbonila (C=O) de aldeído, álcool (O-H) e glicosídica (C-O-C). A análise termogravimétrica (TGA) do extrato-Cz confirmou a presença de compostos termicamente estáveis no extrato vegetal. A síntese verde de NPsAg foi realizada usando diferentes quantidades (5, 10 e 20 mL) de extrato-Cz. A banda de ressonância de plasmon de superfície (RPS), no espectro de UV-vis, confirmou a formação das NPsAg nas sínteses verdes estudadas. Os filmes PVA/DPG-NPsAg foram obtidos pela técnica de vazado (evaporação do solvente) sobre moldes de teflon. As membranas foram obtidas a partir dos filmes após a reticulação do PVA com ácido cítrico, visando a uma maior estabilidade dimensional. As membranas foram caracterizadas por FTIR, TGA, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e atividade antimicrobiana. A caracterização por FTIR e TGA mostraram diferenças entre os sistemas PVA/DPG-NPsAg sem curar (filmes) e curados (membranas). O padrão de DRX confirmou a presença de prata metálica, com média de tamanho dos cristalitos, calculados por Scherrer, de 13,64 nm, 16,63 nm e 20,27 nm para NPsAg preparadas com 5 mL, 10 mL e 20 mL de extrato-Cz, respectivamente. Para estudar o mecanismo de liberação das NPsAg, foi utilizado o modelo cinético de Korsmeyer-Peppas e Higuchi. Os resultados sugeriram que a liberação de NPsAg se ajustou ao modelo cinético de Korsmeyer-Peppas. Os resultados antimicrobianos revelaram que o sistema PVA/DPG-NPsAg5 foi o que apresentou melhor comportamento antibacteriano contra Escherichia coli.


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  • In the present article, the green synthesis of silver nanoparticles (NPsAg) was studied using plant extract of Cinnamomum zeylanicum (Cz-extract) as the reducing agent. The green synthesis of NPsAg was performed in the presence of the polymer matrix of poly (vinyl alcohol) (PVA) and polyglycerol dendrimer (DPG). The Cz-extract was prepared by ultrasonic technique and characterized by UV-visible spectroscopy (UV-vis), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), aiming to evaluate the chemical composition. The UV-vis spectrum confirmed the presence of cinnamaldehyde. FTIR confirmed the presence of carbonyl (C=O) aldehyde, alcohol (O-H) and glycosidic (C-O-C) bonds. The thermogravimetric analysis (TGA) of the Cz-extract confirmed the presence of thermally stable compounds in the plant extract. The green synthesis of NPsAg was performed using different amounts (5, 10 and 20 mL) of Cz-extract. The surface plasmon resonance (SPR) band in the UV-vis spectrum confirmed the formation of NPsAg in the green syntheses studied. The PVA/DPG-NPsAg films were obtained by the pouring technique (solvent evaporation) on Teflon molds. The membranes were obtained from the films after crosslinking PVA with citric acid, aiming at greater dimensional stability. Membranes were characterized by FTIR, TGA, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and antimicrobial activity. FTIR and TGA characterization showed differences between uncured (films) and cured (membranes) PVA/DPG-NPsAg systems. The XRD pattern confirmed the presence of metallic silver, with an average crystallite size, calculated by Scherrer, of 13.64 nm, 16.63 nm and 20.27 nm for AgNPs prepared with 5 mL, 10 mL and 20 mL of extract-Cz, respectively. To study the release mechanism of NPsAg, the Korsmeyer-Peppas and Higuchi kinetic model was used. The results suggested that the NPsAg release fit the Korsmeyer-Peppas kinetic model. The antimicrobial results revealed that the PVA/DPG-NPsAg5 system was the one that presented the best antibacterial behavior against Escherichia coli.

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  • LUIS MIGUEL BOLAÑOS DA FONSECA
  • Propriedades de transporte elétrico em baixas temperaturas em heteroestruturas Zn1-xCdxO/CdO crescidas pela técnica Spray Pirólise

  • Orientador : MARCELOS LIMA PERES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADHIMAR FLAVIO OLIVEIRA
  • ARIANO DE GIOVANNI RODRIGUES
  • HUGO BONETTE DE CARVALHO
  • MARCELOS LIMA PERES
  • MÁRCIO PERON FRANCO DE GODOY
  • SUELEN DE CASTRO
  • Data: 31/03/2023

  • Mostrar Resumo
  • Nesta tese estudamos como a dopagem e a alteração do substrato de vidro para silício modoficaram o transporte elétrico em heteroestruturas Zn1-xCdxO/CdO crescidas por spray pirólise. No substrato de vidro os valores de dopagem x nas heteroestruturas foram 0,50; 0,60; 0,75 e 0,95 e no silício 0,60 e 0,95. Também foram crescidos, em vidro e silício, filmes de óxido de cádmio (CdO) e também de Zn0,40Cd0,60O para analisar a contribuição dessas camadas nas heteroestruturas. Dos difratogramas obtidos de todas as amostras verificou-se que todas são policristalinas com estrutura cúbica de fase centrada (CFC) e que nas heteroestruturas crescidas em vidro o tamanho do cristalito é maior com o aumento da dopagem. Das imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) da superfície das amostras constatou-se que as crescidas em substrato de vidro são menos rugosas e as crescidas em silício apresentam domos na superfície. Das medidas de efeitos Hall foi observado que as amostras são do tipo-n independente do substrato, possuindo alta concentração de portadores sendo maior nas amostras crescidas em vidro, enquanto que a mobilidade foi mais alta nas amostras crescidas em silício variando em até quatro ordens de garandeza em comparação com as crescidas em vidro. A alta mobilidade nas amostras crescidas em silício foi atribuída aos domos. A caracterização elétrica e as medições de magnetotransporte foram realizadas em temperaturas entre 1,9 até 300 K e campos magnéticos de até 9 T. Todas as amostras crescidas em vidro apresentaram transição metal-isolante (TMI) com diferentes temperaturas de transição. A TMI observada nas amostras crescidas em vidro é devido ao grau de desordem sendo conhecida como transição do tipo Anderson. A heteroestrutura crescida em silício Zn0,40Cd0,60O/CdO apresentou também a TMI, mas do tipo Mott o que foi verificado medindo resistência em função da temperatura (RT) aplicando campo magnético. A heteroestrutura Zn0,05Cd0,95O/CdO e o filme de CdO crescidos em silício apresentaram comportamento isolante nas curvas de RT em toda a faixa de temperatura analisada. Nas curvas de magnetorresistência (MR) todas as amostras crescidas em vidro e o filme de CdO crescido em silício apresentaram magnetorresistância negativa (MRN) devido ao efeito de localização fraca. As curvas de MR foram ajustadas usando o modelo de Kawabata 3D e do ajuste se obteve o comprimento de coerência de fase e que o mecanismo de transporte elétrico em baixas temperaturas é a interação elétron-elétron. Quanto às curvas de MR da heteroestrutura Zn0,40Cd0,60O/CdO crescida em silício, tem-se que as curvas de MR são totalmente influenciadas pelo substrato já que essa amostra exibiu magnetorresistância positiva (MRP) enquanto que no vidro foi MRN. Embora essa amostra tenha exibido alta mobilidade, nenhum padrão de oscilação nas curvas de MR foi detectado devido a alta rugosidade. As medidas do filme Zn0,40Cd0,60O mostraram que a MRP exibida pela heteroestrutura Zn0,40Cd0,60O/CdO crescida em silício é oriunda da camada superior. De todos os resultados obtidos, foi possível verificar que as heteroestruturas apresentaram melhores proprieades elétricas do que os filmes de CdO e que a heteroestrutura com substrato de silício é bem mais sensível à aplicação de campo magnético do que a crescida em vidro.


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  • In this thesis we study how the electrical transport properties in Zn1-xCdxO/CdO, heterostructures grown by spray pyrolysis, modified by doping and growing on substrates of glass and silicon. In the glass substrate, the x-doping values in the heterostructures were 0.50; 0.60; 0.75 and 0.95 and in silicon 0.60 and 0.95. CdO and Zn0,40Cd0,60O films were also grown on glass and silicon to analyze the contribution of these layers to heterostructures. From the diffractograms obtained from all the samples, it was verified that all are polycrystalline with phase-centered cubic structure (CFC) and that in the heterostructures grown on glass, the crystallite size is larger with the increase of doping. From the scanning electron microscopy (SEM) images of the surface of the samples, it was found that those grown on a glass substrate are less rough and those grown on silicon have domes on the surface. From the measurements of Hall effects it was observed that the samples are n-type independent of the substrate, having a high concentration of carriers being higher in the samples grown in glass, while the mobility was higher in the samples grown in silicon varying in up to four orders of magnitude. guarantee compared to those grown in glass. The high mobility in the samples grown on silicon was attributed to the domes. Electrical characterization and magnetotransport measurements were performed at temperatures ranging from 1.9 to 300 K and magnetic fields up to 9 T. All samples grown on glass showed metal-insulator transition (TMI) with different transition temperatures. The TMI observed in samples grown on glass is due to the degree of disorder being known as an Anderson-type transition. The heterostructure grown on silicon Zn0.40Cd0.60O/CdO also presented the TMI, but of the Mott type, which was verified by measuring resistance as a function of temperature (RT) applying a magnetic field. The Zn0.05Cd0.95O/CdO heterostructure and the CdO film grown on silicon showed insulating behavior in the RT curves throughout the analyzed temperature range. In the magnetoresistance (MR) curves, all samples grown on glass and the CdO film grown on silicon showed negative magnetoresistance (MRN) due to the weak localization effect. The MR curves of these samples were fitted using the Kawabata 3D model and from the fit it was obtained the phase coherence length and that the mechanism of electrical transport at low temperatures is the electron-electron interaction. As for the MR curves of the heterostructure Zn0.40Cd0.60O/CdO grown on silicon, it can be seen that the MR curves are totally influenced by the substrate since this sample exhibited positive magnetoresistance (MRP) while in the glass it was MRN. Although this sample exhibited high mobility, no wobbling pattern in the MR curves was detected due to high roughness. The Zn0.40Cd0.60O film measurements showed that the MRP exhibited by the Zn0.40Cd0.60O/CdO heterostructure grown on silicon comes from the upper layer. From all the results obtained, it was possible to verify that the heterostructures presented better electrical properties than the CdO films and that the heterostructure with silicon substrate is much more sensitive to the application of magnetic field than the one grown on glass.

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  • ANDRESSA APARECIDA ALVES
  • Síntese Sustentável de Biofluido com Perspectivas de Utilização em Transformadores de Potência

  • Orientador : ALVARO ANTONIO ALENCAR QUEIROZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADHIMAR FLAVIO OLIVEIRA
  • ALVARO ANTONIO ALENCAR QUEIROZ
  • EDSON GIULIANI RAMOS FERNANDES
  • KARINA ARRUDA ALMEIDA
  • MARIA FERNANDA XAVIER PINTO MEDEIROS
  • NIRTON CRISTI SILVA VIEIRA
  • Data: 15/06/2023

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  • Um dos problemas mais desafiadores que a sociedade enfrentará nos próximos anos é o impacto das mudanças climáticas. Devido a crescente preocupação sobre o futuro, a busca contínua por formas de superar a crise ambiental global tornou-se imprescindível e, assim, diversas ações estão sendo tomadas em todo mundo para reverter essa situação. Frente ao cenário atual, tem havido um intenso interesse nas inovações disruptivas ecologicamente amigáveis que são particularmente importantes no desenvolvimento de máquinas elétricas de potência (MEPs) como, por exemplo, o transformador de distribuição de potência (TDP). Os TDPs utilizam fluidos dielétricos para refrigeração do equipamento, como o óleo mineral isolante (OMI). De uma perspectiva ambiental, em razão as inúmeras desvantagens do uso do OMI, têm sido envidados esforços concernentes à procura por fluidos isolantes alternativos. Os líquidos isolantes a partir de óleos vegetais (OVs) são considerados substitutos confiáveis ao OMI e constituem uma abordagem relevante para promover a sustentabilidade. Diante desse contexto, nesse trabalho pretende-se realizar modificações moleculares no óleo de coco de babaçu (OCB) com a finalidade de se obter um biofluido isolante ecologicamente correto para utilização em TDPs. Com esse propósito, foi realizada a encapsulação de lipase (LIP) em microcápsulas de poliglicerol hiper-ramificado (HPG) através da tecnologia microfluídica. As microcápsulas de HPG-LIP foram caracterizadas através das seguintes técnicas: MEV, ATR-FTIR e TGA. A otimização dos parâmetros celulares microfluídicos para imobilização da LIP foi realizada por rede neural artificial (RNA). As microcápsulas de HPG-LIP resultantes são esféricas e tem diâmetro médio de 29 mm com distribuição de tamanho monomodal. As condições ótimas determinadas por RNA foram: concentração de HPG de 10% (peso), carga de LIP de 20% (peso) e taxa de fluxo total na célula microfluídica de 1,0 mL/h. Nessas condições, a capacidade máxima de LIP que pode ser microencapsulada é de 85%. O Km aparente e o Vm´ ax aparente do HPG-LIP foram 1,13814 mM e 0,49 U/mg, respectivamente. A reutilização do HPG-LIP mostrou 81,5% da atividade retida mesmo após 10 ciclos. Com base nos resultados obtidos, a microfluídica guiada por RNA pode ser útil para produzir microcápsulas de HPG-LIP para aplicações em biotecnologia. Dessa forma, as microcápsulas preparadas foram utilizadas como biocatalisadores enzimáticos nas reações de síntese para obtenção do biofluido isolante baseado no OCB em reator batelada.


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  • One of the most challenging problems that society will face in the coming years is the impact of climate change. Due to the growing concern about the future, the continuous search for ways to overcome the global environmental crisis has become indispensable and, therefore, several actions are being carried out worldwide to reverse this situation. Because of the current scenario, there has been intense interest in ecologically friendly disruptive innovations that are particularly important in the development of electrical power machines (EPM), such as the power distribution transformer (PDT). PDTs use dielectric fluids to cool the equipment, such as insulating mineral oil (IMO). From an environmental perspective, due to the numerous disadvantages of using IMO, efforts have been made regarding the search for alternative insulating fluids. Insulating liquids from vegetable oils (VO) are considered reliable substitutes for IMO and are a relevant approach to promoting sustainability. Given this context, this work intends to perform molecular modifications in babassu coconut oil (BCO) to obtain an environmentally friendly insulating biofluid for use in PDTs. For this purpose, lipase (LIP) encapsulation was performed in hyperbranched polyglycerol (HPG) microcapsules using microfluidic technology. The HPG-LIP microcapsules were characterized by the following techniques: SEM, ATR-FTIR and TGA. The optimization of the microfluidic cell parameters for immobilization of LIP was carried out by artificial neural network (ANN). The resulting HPG-LIP microcapsules are spherical and have an average diameter of 29 mm with monomodal size distribution. The optimum conditions determined by ANN were: HPG concentration of 10% (wt), LIP loading of 20% (wt) and total flow rate in the microfluidic cell of 1.0 mL/h. Under these conditions, the maximum capacity of the LIP that can be microencapsulated is 85%. The apparent Km and apparent Vm´ ax of the HPG-LIP were 1.138,14 mM and 0.49 U/mg, respectively. The reusability of HPG-LIP showed 81.5% of the activity retained even after 10 cycles. Based on the results obtained, microfluidics guided by RNA could be useful to produce HPG-LIP microcapsules for applications in biotechnology. Thus, the prepared microcapsules were used as enzymatic biocatalysts in the synthesis reactions to obtain the BCO-based insulating biofluid in a batch reactor.

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  • LARISSA MAYRA DA SILVA RIBEIRO
  • SCAFFOLDS TRIDIMENSIONAIS DE P(VDF-TrFE)/BaTiO3 PRODUZIDOS POR NEAR-FIELD ELECTROSPINNING

  • Orientador : ROSSANO GIMENES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CECILIA AMELIA DE CARVALHO ZAVAGLIA
  • DANIEL CRISTIAN FERREIRA SOARES
  • DANIELA SACHS
  • EDUARDO TONON DE ALMEIDA
  • MARCIO MATEUS BELOTI
  • ROSSANO GIMENES
  • Data: 29/08/2023

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  • Estruturas tridimensionais funcionais, ou scaffolds, são de grande interesse na área de engenharia de tecidos associada à medicina regenerativa por permitirem a mimetização de estruturas biológicas. Por outro lado, biomateriais piezoelétricos quando submetidos às forças elétricas e/ou mecânicas, possuem a capacidade de estimular o crescimento e a diferenciação celular em tecidos específicos, como o tecido ósseo por exemplo. Estudos recentes indicam que o copolímero polifluoreto de vinilideno trifluoretileno (PVDF-TrFE) associado à cerâmica Titanato de Bário (BaTiO3) possuem propriedades biológicas atrativas em função das suas características eletroativas como resposta piezo, piro e ferroelétrica. Deste modo, compósitos P(VDF-TrFE)/BaTiO3 aliem propriedades eletroativa com a estrutura porosa de um scaffold podem representar promissores materiais para regeneração tecidual óssea. Neste trabalho, os scaffolds foram feitos empregando uma máquina experimental desenvolvida durante o doutorado, na qual, associa a técnica de eletrofiação por campo próximo (NFES) com a técnica impressão tridimensional. Esse protótipo permite que estruturas tridimensionais sejam sintetizadas a partir da formação de fibras com propriedades adequadas que mimetizem um ambiente eletrofisiológico, proporcionando assim a formação/restauração de um novo tecido biológico. As caracterizações estruturais e físico-químicas do material desenvolvido compreendem a microscopia eletrônica de varredura (MEV), molhabilidade da superfície, análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia por infravermelho (FTIR) e difração de Raio – X (DRX). A caracterização biológica do material foi realizada a partir de estudos in vitro com o intuito de avaliar a proliferação, adesão e crescimento de osteoblastos (MG-63) nos scaffolds obtidos por Eletrofiação Convencional (CES) e Eletrofiação 3D (NFES). Além dos ensaios biológicos, também foi realizado o estudo da piezoresposta de cada scaffold, utilizando a técnica de PFM. Foi constatado que através da técnica de impressão 3D associada à técnica de eletrofiação NFES é possível produzir scaffolds com fibras alinhadas e padronizadas, podendo mimetizar a matriz extracelular do tecido ósseo. Os resultados obtidos referentes aos ensaios microestruturais indicam que o diâmetro das fibras produzidas são de aproximadamente 341 nm e 2,69 µm para o CES e NFES scaffold, respectivamente. O ensaio de molhabilidade superficial demonstrou que a princípio os ângulos de contato mostram uma superfície hidrofóbica, com θ = 115,6 para o CES scaffold e θ = 100,6 para o NFES scaffold. Em relação aos ensaios físico-químcos, a degradação térmica do compósito ocorre a partir de 440 °C. O CES scaffold apresentou sua cristalinidade em torno de 60,50% e a porcentagem da fase β em 78,23%. Já a cristalinidade do NFES scaffold foi calculada em torno de 65,10%, apresentando a fase β correspondente a 78,06%. Pela análise de FTIR e DRX foi observado que para a membrana e scaffold tanto as bandas de absorção como os picos de difração caracterizam o material na fase piezoelétrica β. Ainda, esses resultados demonstram que esses parâmetros foram mantidos independente da técnica escolhida para a síntese do scaffold. A análise de PFM em ambos scaffolds mostram fibras com propriedades piezoelétricas superior ao do tecido ósseo (potencial de piezoresposta NFES = 4,873 ± 0,637 mV; potencial de piezoresposta CES = 2,728 ± 0,411 mV; potencial piezoresposta óssea = ≈ 300 µV), podendo assim mimetizar um ambiente eletrofisiológico que permita o crescimento e proliferação celular. Os ensaios biológicos mostram boa compatibilidade do material com osteoblastos tendo seu crescimento e proliferação guiados pelas fibras nos padrões de deposição nos scaffolds obtidos por Eletrofiação 3D.


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  • Functional three-dimensional structures, or scaffolds, are of great interest in the area of tissue engineering associated with regenerative medicine, as they allow the mimicry of biological structures. The electrospinning technique, considered a simplified and low-cost process, presents versatility in producing structures with high porosity and surface area, which allows interaction between cell materials at the molecular level. Scaffolds synthesized from piezoelectric materials, when subjected to electrical and/or mechanical forces, can stimulate cell growth and differentiation in specific tissues such as bones. Recent studies have indicated that the copolymer polyvinyl fluoride trifluoroethylene (PVDF-TrFE) associated with ceramic Barium Titanate (BaTiO3) has biological properties that are inspired by electronic characteristics owing to their high piezoelectric, pyroelectric, and ferroelectric responses. Thus, this work studies functional scaffolds with suitable characteristics for use in the area of tissue regeneration, from the development of an equipment that associates the direct-write near-field electrospinning (NFES) technique with the three-dimensional printing technique. The prototype allows the development of three-dimensional structures from fibers with suitable properties that mimic an electrophysiological environment, providing the formation/regeneration of biological tissue. The structural, physicochemical, and electrical characterizations of the material were carried out at the Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) - Itajubá, including scanning electron microscopy (SEM), surface wettability, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), solution viscosity, X-ray diffraction (XRD), impedance, and surface potential of the scaffolds. Biological characterization of the material was performed using in vitro studies to evaluate the proliferation, collagen, and cell behavior of the scaffold. For this, we used osteoblast-like MG-63 cells seeded on NFES and CES scaffolds. This work was conducted jointly with the AGH University of Science and Technology, Poland. Together with Biological Tests, the piezoresponse of the fibers was analyzed. The microstructure results showed the fibers diameter of 341 nm and 2,69 µm for CES and NFES scaffolds, respectively. The wettability assay demonstrated that the surface was hydrophobic, with contact angle of 115,6° for the CES scaffold and 100,6° for the NFES scaffold. Regarding physicochemical tests, the thermal stability of both materials was up to 440 °C, and the crystallinity of the CES scaffold corresponds to 79,63 % with a β phase content of 78,23. In contrast, the crystallinity of the NFES scaffold corresponds to 65,10% and presents 78,03% of β phase content. The XRD and FTIR analyses indicated that the absorption peaks and diffraction peaks of the membrane and scaffold characterized both materials as piezoelectric owing to the strong presence of the β phase, independent of the technique used to obtain the scaffolds. PFM analysis of both scaffolds showed fibers with piezoresponse properties superior to the bone tissue (NFES piezoresponse potential = 4.873 ± 0.637 mV; CES piezoresponse potential = 2.728 ± 0.411 mV; bone piezoresponse potential = ≈ 300 µV). These findings imply that the both scaffolds could mimic an electrophysiological environment that allows cell growth and proliferation. Biological findings showed good compatibility with cells and both scaffolds, and we noted that the proliferation and cell alignment follow the fiber pattern for NFES scaffolds.

2022
Teses
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  • KARINE BOLAÑOS DA FONSECA
  • Estudo das propriedades de transporte elétrico em nanoestruturas compostas de Bi2Te3 e de PbTe

  • Orientador : MARCELOS LIMA PERES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALAN BENDASOLI PAVAN
  • ANDERSON KENJI OKAZAKI
  • FABRICIO AUGUSTO BARONE RANGEL
  • MARCELOS LIMA PERES
  • MÁRCIO PERON FRANCO DE GODOY
  • SUELEN DE CASTRO
  • Data: 18/11/2022

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  • Neste trabalho é apresentado um estudo sobre as propriedades de magnetotransporte em
    nanoestruturas baseadas em Bi2Te3 e PbTe, ambos semicondutores de gap estreito. O transporte elétrico num poço quântico de PbTe do tipo n foi investigado para analisar a influência da luz azul em diferentes temperaturas e para campo magnético aplicado. Somente sob iluminação, a amostra exibiu transição metal-isolante na temperatura de aproximadamente 100 K e nas curvas de magnetorresistência foram observadas oscilações Shubnikov-de Haas. Através da transformada rápida de Fourier (FFT), obteve-se quatro frequências que compõem as oscilações encontradas sendo que uma delas corresponde a um segundo harmônico. As massas ciclotrônicas das outras três frequências foram calculadas usando a equação reduzida de Lifshitz-Kosevich (LK) que juntamente com a razão entre estas frequências permitiu atribuir uma ao vale longitudinal e outra ao vale oblíquo. Por fim, usando a expressão completa de LK a última frequência foi atribuída a uma fase de Berry não trivial. Quanto ao Bi2Te3, foram estudadas amostras de espessuras variadas entre 15 e 150 nm, com capa protetora de BaF2 e um filme de Bi2Te3 sem capa com espessura aproximada de 156 nm. A amostra sem capa exibiu magnetorresistência linear seguida por oscilações quânticas de Shubnikov-de Haas em baixas temperaturas. Utilizando a FFT, foi verificado que as oscilações observadas são compostas por duas frequências próximas. Com a equação de LK foi possível extrair as massas ciclotrônicas
    dessas frequências através do amortecimento térmico da amplitude da FFT e também calcular as fases de Berry dos portadores. Através da variação do ângulo de incidência do campo verificou-se que as oscilações têm sua origem mais no bulk do que na superfície e o surgimento das duas frequências próximas na FFT e a fase de Berry não-nula encontrada foram atribuídas ao efeito Rashba causado pela degradação da superfície. Analisando a influência da espessura do filme das amostras de Bi2Te3 com capa de proteção (CP) de BaF2, verificou-se que a mobilidade elétrica dos portadores de carga diminuiu com a redução da espessura do filme e que as curvas de magnetorresistência exibiram o efeito de localização fraca e somente a amostra com menor espessura exibiu o efeito de antilocalização fraca (WAL). O efeito de WAL observado em regiões de baixo campo magnético na amostra com CP e espessura de 15 nm foi analisado utilizando o modelo de Hikami Larkin Nagaoka o que nos permitiu verificar que o transporte ocorre num regime bidimensional e o que o espalhamento elétron-elétron é o mecanismo dominante de transporte. Nenhuma das amostras com CP apresentou oscilações quânticas até 9 T.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a study on the magneto-transport properties of nanostructures based on Bi2Te3 and PbTe, both narrow gap semiconductors. Electrical transport in a n-type PbTe quantum well was investigated using light excitation in different temperatures and applied magnetic fields. Under illumination, the sample exhibited metal-insulating transition around 100 K and Shubnikov-de Haas oscillations were observed in the magnetoresistance curves. Through the fast Fourier transform (FFT) analysis, four frequencies were obtained that compose the oscillations observed and one of which corresponds to a second harmonic. The cyclotronic masses of the other three frequencies were calculated using the reduced Lifshitz-Kosevich (LK) equation, which together with the ratio between these frequencies allowed us to assign one to the longitudinal valley and another to the oblique valley. Finally, using the full expression of LK the last frequency was assigned to a non-trivial Berry phase. Bi2Te3 samples with thickness varying between 15 and 150 nm with a protective BaF2 caplayer and a Bi2Te3 film without a layer with a thickness of approximately 156 nm were investigated. The sample without cap layer exhibited linear magnetoresistance followed by Shubnikov-de Haas oscillations at low temperatures. Using the FFT, it was found that the observed oscillations are composed of two close frequencies. With the LK equation it was possible to extract the cyclotronic masses of these frequencies through the thermal damping of the FFT amplitude and also to calculate the Berry phases of the carriers. Through the variation of the angle of incidence of the field it was verified that the oscillations have their origin from the bulk rather than the surface states and the appearance of the two close frequencies in the FFT and the non-zero Berry phase found were attributed to the Rashba effect caused by surface degradation. Analyzing the influence of the film thickness of the Bi2Te3 samples with BaF2 protective layer (CP) it was found that the mobility of the carriers decreased with the reduction of the film thickness and that the magnetoresistance curves exhibited a weak localization effect and only the thinnest sample exhibited the weak antilocalization (WAL). The WAL effect observed in regions of low magnetic field in the sample with CP and thickness of 15 nm was analyzed using the Hikami Larkin Nagaoka model, which allowed us to verify that the transport occurs in a twodimensional regime and what electron-electron scattering is the dominant transport mechanism. None of the samples with CP showed quantum oscillations up to 9 T.

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